I. Kerntoepassingen: staalindustrie (aandeel van meer dan 90%)
De staalindustrie is de grootste verbruiker van ferrochroomlegeringen. Verschillende koolstof-ferrochroom komt overeen met verschillende staalsoorten, met als kernfunctie het verbeteren van de staaleigenschappen door middel van 'legeringen'.
1. Productie van roestvrij staal (primaire toepassing)
De kerneigenschap van roestvast staal-corrosieweerstand- is in wezen afhankelijk van de 'passiveringsfilm' (Cr₂O₃) die wordt gevormd door chroom op het staaloppervlak. Deze film isoleert zuurstof en water en voorkomt roest. Ferrochroomlegeringen dienen als de primaire chroombron bij het smelten van roestvrij staal, waarbij het koolstofgehalte rechtstreeks het type roestvrij staal bepaalt:
Chroomijzer met hoog-koolstofgehalte (C > 4%): Wordt gebruikt voor het smelten van martensitisch roestvrij staal (bijv. 410, 420 staal). Dit type legt de nadruk op hardheid en sterkte en wordt veel gebruikt in bestek, kleppen, mechanische onderdelen, enz. (vereist een matige corrosieweerstand en is kosten-gevoelig).
Middelmatig-koolstofchroomijzer (0,5%-4%): Wordt gebruikt voor de productie van ferritisch roestvrij staal (bijvoorbeeld 430-staal), dat vaak wordt aangetroffen in behuizingen van apparaten en decoratieve materialen (biedt een betere corrosieweerstand dan martensitisch staal en tegen lagere kosten dan austenitisch staal).
Chroomijzer met laag-koolstof/ultra-laag-koolstofijzer (C < 0,5%, ultra-laag C < 0,15%): Wordt gebruikt voor de productie van austenitisch roestvrij staal (bijv. 304, 316 staal) en roestvrij staal met ultra-laag-koolstofgehalte (bijv. 316L). Deze roestvaste staalsoorten vertonen een uitzonderlijke corrosieweerstand, waardoor een strikte controle van het koolstofgehalte vereist is (koolstof reageert met chroom om carbiden te vormen, waardoor chroom wordt uitgeput en de passivatielaag wordt verstoord). Ze worden veel gebruikt in chemische apparatuur, medische apparatuur, voedselverwerkingsmachines en hoogwaardig-keukengerei.
Bijvoorbeeld: 304 roestvrij staal bevat ongeveer 18% chroom, waarbij bijna al het chroom afkomstig is van een chroom-ijzerlegering; 316L (ultra-koolstofarm) moet micro-koolstofchroomijzer gebruiken om ervoor te zorgen dat het koolstofgehalte < 0,03% bedraagt.
2. Gereedschapsstaal en matrijsstaal: verbetering van de hardheid en slijtvastheid
Gereedschapsstaal (bijv. snel-snelstaal) en matrijsstaal (koud/warm bewerkt matrijsstaal) is bestand tegen wrijving en impact met hoge-intensiteit. Het toevoegen van chroom-ijzerlegeringen verbetert de kernprestaties door middel van "oplossingsversterking" en "carbideversterking":
Chroomijzer met hoog-koolstofgehalte: wordt gebruikt voor koud- gereedschapsstaal (bijv. Cr12-staal) met een chroomgehalte van ongeveer 12%. Het vormt Cr₇C₃-carbiden met een hoge-hardheid, waardoor mallen bestand zijn tegen slijtage door koudpersen en koude extrusie. Geschikt voor het vervaardigen van stempelmatrijzen, scharen, enz.
Medium-tot-ferrochroom met laag koolstofgehalte: Gebruikt in hoge-snelheidsstaalsoorten (bijv. W18Cr4V), waarbij chroom de rode hardheid versterkt (het vermogen om de hardheid te behouden bij hogere temperaturen). Dit voorkomt verzachting tijdens snijden op hoge-snelheid, waardoor het geschikt is voor gereedschapsmachines, boren en soortgelijke toepassingen.
3. Lagerstaal: langere levensduur
Lagers zijn tijdens bedrijf onderhevig aan hoogfrequente wisselende belastingen, wat uitzonderlijke slijtvastheid en vermoeidheidsbestendigheid vereist. Chroomijzerlegeringen (voornamelijk medium-koolstofchroomijzer) dienen als kritische additieven in lagerstaalsoorten zoals GCr15:
Met een chroomgehalte van ongeveer 1,5% vormt het fijne, uniforme Cr₂₃C₆-carbiden met koolstof. Deze carbiden verdelen zich gelijkmatig over de staalmatrix, waardoor de hardheid wordt verbeterd (slijtage wordt voorkomen) en de voortplanting van scheuren wordt geremd (verlenging van de levensduur van vermoeiing). Ze worden veel gebruikt in lagerkogels/loopbanen voor auto's, werktuigmachines en elektrische motoren.
4. Constructiestaal met hoge sterkte-: verbetering van de taaiheid en weerbestendigheid
Sectoren zoals bouwmachines (graafmachines, torenkranen), bruggen en hoog-gebouwen vereisen constructiestaal met "hoge sterkte + hoge taaiheid." Chroomijzerlegeringen (gemiddeld-koolstofarm) synergiseren met elementen als mangaan en silicium:
Verhogen van de vloeigrens (bijv. Q690 hoog-staal) terwijl verhoogde brosheid wordt voorkomen;
Een laag chroomgehalte (1%-3%) verbetert de weersbestendigheid (atmosferische corrosieweerstand) voor buitenbruggen, containers, enz. (bekend als "corrosiestaal").
5. Speciaal prestatiestaal: nichetoepassingen voor hittebestendigheid en corrosiebestendigheid
Hitte{0}}bestendig staal (bijvoorbeeld ketelbuizen van elektriciteitscentrales, onderdelen van vliegtuigmotoren): chroom-ijzerlegeringen (gemiddeld-koolstofarm) gecombineerd met nikkel, wolfraam, enz., vormen stabiele oxidefilms die oxidatie bij hoge temperaturen voorkomen en tegelijkertijd de sterkte bij hoge- temperaturen verbeteren;
Zuur{0}}bestendig staal (bijv. chemische opslagtanks, beitstanks): is afhankelijk van een hoog chroomgehalte (17%-25%), waardoor chroomijzer met een laag koolstofgehalte nodig is om weerstand te bieden tegen corrosie in sterk zure omgevingen (bijv. zwavelzuur, salpeterzuur).
II. Secundaire toepassingen: gieten, lassen en andere gebieden
1. Gietindustrie: productie van slijtvaste-gietstukken
De gietsector heeft grote hoeveelheden gietstukken met een hoge-hardheid en slijtvast-weerstand nodig (bijvoorbeeld maalkogels, brekervoeringen, rolhulzen voor cementmolens). Deze gietstukken zijn overwegend 'gietijzer met hoog-chroomgehalte', waarbij chroom volledig afkomstig is van ferrochroom met hoog-koolstofgehalte:
Het mengen van chroomijzer met hoog-koolstofgehalte (C > 6%) met gesmolten ijzer verhoogt het chroomgehalte in gietstukken tot 12%-30%, waardoor overvloedige Cr₇C₃-carbiden worden gevormd (hardheid tot HV1300, veel groter dan gewoon gietijzer). Hun slijtvastheid is 5-10 keer die van standaard gietijzer, waardoor ze veel worden gebruikt in slijp- en breekapparatuur voor de mijnbouw, bouwmaterialen en metallurgische industrieën.
2. Lasmaterialen: zorgen voor lasprestaties
Bij het lassen van roestvrij staal of hoogsterktestaal- moeten de samenstelling en eigenschappen van de las overeenkomen met het basismateriaal om corrosie of scheuren te voorkomen. Chroomijzerlegeringen (doorgaans laag-koolstof/micro-koolstof) dienen als kritische additieven in met flux-gecoate elektroden en lasdraden:
Bijvoorbeeld: Lasstaven voor roestvrij staal 304 vereisen micro-koolstofchroomijzer in de fluxcoating om te garanderen dat het chroomgehalte van het laswerk groter is dan of gelijk aan 18%, passend bij het basismateriaal en corrosie als gevolg van chroomgebrek wordt voorkomen.
Lasdraden voor constructiestaal met hoge{0}} sterkte profiteren van toevoegingen van medium-koolstofchroomijzer, waardoor de lassterkte en taaiheid worden verbeterd om verbindingsbreuk te voorkomen.
3. Overige: deoxidatie, ontzwaveling en speciale legeringen
Desoxidatie-/ontzwavelingsmiddel: Silicium-chroomlegering (bevat 40%-45% silicium, 30%-35% chroom) levert niet alleen chroom, maar functioneert ook als desoxidatiemiddel en ontzwavelingsmiddel bij de staalproductie. - - Silicium combineert bij voorkeur met zuurstof om SiO₂ (slak) te vormen, terwijl chroom de ontzwaveling bevordert, waardoor schadelijke onzuiverheden worden verminderd (zuurstof en zwavel verminderen de taaiheid van staal) in staalsoorten. Dit wordt gebruikt voor de productie van hoogwaardige staalsoorten met een laag-zuurstofarm en laag zwavelgehalte;
Speciale legeringen: Kleine hoeveelheden ferrochroom worden gebruikt bij de productie van legeringen op basis van nikkel- en kobalt- (zoals legeringen voor hoge- ruimtevaarttemperaturen), maar het aandeel is extreem laag en geen reguliere toepassing.
Samenvatting
Ferrochroomlegeringen dienen als de "prestatiebevorderaars" van de moderne industrie, waarbij hun kernwaarde ligt in het verlenen van drie belangrijke eigenschappen aan materialen via chroom: corrosieweerstand, slijtvastheid en hoge sterkte. Van alledaags roestvrijstalen keukengerei tot industriële chemische apparatuur en bouwmachines, en zelfs geavanceerde toepassingen zoals medische apparatuur en vliegtuigmotoronderdelen-, ze zijn allemaal afhankelijk van de ondersteuning van ferrochroomlegeringen. Hiervan vertegenwoordigt de productie van roestvrij staal de meest kritische toepassing, die rechtstreeks de mondiale productiecapaciteit en het vraaglandschap voor ferrochroomlegeringen bepaalt.
