Aleación de ferrovanadio: cómo funciona, grados y aplicaciones de acero
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El ferrovanadio es la forma estándar de introducir vanadio en acero y hierro fundido. Existe porque el vanadio puro es caro de manipular y de disolución lenta, mientras que la aleación maestra es densa, se disuelve limpiamente en un cucharón y puede cargarse a granel sin el riesgo pirofórico de un metal fino. Para una acería que necesita unas pocas centésimas de porcentaje de vanadio para cumplir con una especificación de resistencia, la aleación maestra es la ruta práctica.
¿Qué es la aleación de ferrovanadio?
La aleación se produce reduciendo el pentóxido de vanadio con aluminio y hierro en una reacción termítica, que produce un producto denso y con bajo contenido de gas-con un nivel de aluminio residual controlado. Los grados reciben el nombre de su contenido nominal de vanadio, y la especificación nacional china para la familia de aleaciones, GB/T 4139, cubre los grados de ferrovanadio en el rango de designación FeV50, FeV60 y FeV80, donde el número es el nivel nominal de vanadio. Los compradores deben tratar el grado como un identificador y confirmar los límites de composición reales en el certificado, porque los límites de carbono, silicio, aluminio y azufre mueven el precio más que la propia cifra de vanadio.
| Calificación | Vanadio | Carbono típico | Tamaño típico |
|---|---|---|---|
| FeV50 | Alrededor del 50% V | 0,4% máximo | 10-50mm |
| FeV60 | Alrededor del 60% V | 0.2-0.3% | 10-50mm |
| FeV80 | Alrededor del 80% V | 0.15-0.2% | 10-50mm, 3-10mm |
Los grados más bajos contienen más hierro y más carbono para el mismo contenido de vanadio, lo cual es aceptable en aceros al carbono, pero no en grados con bajo contenido de carbono y acero inoxidable, donde la captación de carbono está penalizada.
Cómo el vanadio cambia el acero
El vanadio funciona a través de dos mecanismos que operan al mismo tiempo. Durante la solidificación y el enfriamiento se combina con carbono y nitrógeno para formar finos precipitados de carbonitruro de vanadio. Esas partículas fijan los límites de los granos, por lo que el tamaño del grano de austenita se mantiene fino durante el recalentamiento y fortalecen la ferrita al obstruir el movimiento de dislocación. Juntos, los dos efectos aumentan el límite elástico sin la pérdida de ductilidad que causaría un simple aumento de carbono. El tamaño de grano se mide en cupones de producción utilizando los métodos de ASTM E112 y es el indicador más rápido de si la adición se ha dispersado adecuadamente.
El vanadio también tiene una fuerte afinidad por el oxígeno y el azufre, por lo que una parte de la adición se gasta en desoxidación y desulfuración en lugar de fortalecerlo. Ese consumo es la razón por la que la recuperación nunca es del 100% y la razón por la que una pequeña prueba de calor vale más que un cálculo cuando se introduce un nuevo proveedor o un nuevo grado.
Dónde se utiliza el ferrovanadio
La salida más grande es el acero estructural de alta-baja-aleación de resistencia, donde la microaleación de vanadio o niobio ofrece el límite elástico mínimo especificado. ASTM A572/A572M Grado 50, por ejemplo, requiere un límite elástico mínimo de 345 MPa en el rango de espesor estructural estándar, mientras que Grado 65 requiere 450 MPa. Los grados de intemperie de la familia ASTM A588 y la especificación ASTM A992 para formas estructurales también dependen de adiciones de microaleaciones para cumplir con sus requisitos mecánicos a un nivel de carbono controlado.
Otras salidas importantes incluyen barras de refuerzo producidas según una especificación de límite elástico-en lugar de una especificación química, grados de forja para cigüeñales y bielas, aceros para resortes, aceros para rieles y aceros para herramientas como el grado para trabajo en caliente H13 cubierto por ASTM A681. En cada caso, el nivel de adición se establece para cumplir con una propiedad mecánica, y el costo del vanadio se justifica por el tonelaje de acero que se puede degradar en carbono o peso de la sección.
Práctica de fusión y recuperación
Normalmente, el ferrovanadio se añade a la cuchara durante la extracción o al horno antes de la extracción, donde se dispone de un tiempo de disolución más largo. La recuperación en una cuchara desoxidada adecuadamente generalmente cae en el rango del 90-95%, pero cae cuando la escoria se está oxidando, cuando el baño está demasiado frío para una disolución completa o cuando la adición se realiza antes del paso de desoxidación final. La alimentación de alambre tubular proporciona un control más estricto cuando la especificación de vanadio tiene una ventana estrecha, porque entrega la aleación debajo de la superficie de escoria a una velocidad medida.
Especificación y verificación de la calificación
La especificación de compra debe incluir los límites de vanadio, carbono, silicio, aluminio, azufre y fósforo, una banda de tamaño y el embalaje. La práctica de muestreo y análisis de productos de acero está cubierta por la norma ASTM A751 para la práctica de terminología y análisis químico, mientras que la espectrometría de emisión atómica por chispa para aceros al carbono y de baja-aleación está cubierta por la ASTM E415, que es el método que la mayoría de las fábricas utilizan para análisis de verificación de rutina. Cualquier certificado de lote que omita las cifras de aluminio y azufre debe tratarse como incompleto, porque esos elementos afectan la recuperación y la limpieza más que la resistencia.
Preguntas frecuentes
Q:¿Para qué se utiliza el ferro vanadio?
R: Se utiliza para agregar vanadio al acero y al hierro fundido, principalmente para aceros estructurales de alta-resistencia y baja-aleación, barras de refuerzo, calidades de forja, aceros para resortes y aceros para herramientas, donde aumenta la resistencia mediante precipitación y refinamiento del grano.
Q:¿Qué grado se debe elegir, FeV50, FeV60 o FeV80?
R: Elija el grado de vanadio más bajo cuyos límites de carbono, silicio y aluminio aún cumplan con las especificaciones del acero; Las calidades más altas cuestan más por tonelada, pero evitan la acumulación adicional de carbono y hierro.
Q:¿Qué recuperación se puede esperar en el cucharón?
R: Normalmente entre un 90 y un 95 % en un cucharón bien desoxidado y con una temperatura de grifo adecuada. Una recuperación más baja indica arrastre de oxígeno o escoria desde el horno.
Q:¿Cómo se verifica el contenido de vanadio en el acero acabado?
R: Tomando muestras del calor y analizándolo, más comúnmente mediante espectrometría de emisión atómica por chispa siguiendo el enfoque de ASTM E415, con las prácticas de ASTM A751 utilizadas para la terminología y los informes de pruebas.
Q:¿La adición de vanadio afecta el tamaño del grano?
R: Sí. El carbonitruro de vanadio precipita fija los límites del grano de austenita y mantiene el tamaño del grano fino durante el recalentamiento, razón por la cual el tamaño del grano se mide junto con la química, utilizando métodos como los de ASTM E112.
Q:¿Es el ferro vanadio lo mismo que el vanadio metálico?
R: No. Es una aleación maestra de vanadio y hierro que se disuelve más fácilmente y cuesta menos por unidad de vanadio que el metal puro, razón por la cual domina las aleaciones comerciales.
