Феррониобий

Феррониобий: состав, марки, свойства и применение

Феррониобий — легирующий ферросплав на основе железа и ниобия (в нормах — суммы ниобия и тантала), получаемый алюмотермическим восстановлением технической пятиокиси ниобия (Nb₂O₅) в электропечи. Содержание ниобия (Nb+Ta) в сплаве составляет от 50 до 65% по массе в зависимости от марки. Железо, алюминий, кремний и титан входят в состав как неизбежные попутные элементы восстановительного процесса; их количество нормируется стандартом.

Феррониобий — основная промышленная форма введения ниобия в сталь и сплавы. По сравнению с чистым ниобием он имеет более низкую температуру плавления (1520–1600°C против 2468°C у чистого металла), что облегчает растворение добавки в жидкой стали и снижает угар ведущего элемента.

Марки и химический состав по ГОСТ 16773-2003

Действующий межгосударственный стандарт — ГОСТ 16773-2003 (ИСО 5453:1980, модифицированный), введён в действие с 1 сентября 2004 года. Стандарт устанавливает четыре основные марки феррониобия с нормируемым химическим составом.

Марка	Nb+Ta, %	Ta, %, не более	Si, %, не более	Al, %, не более	Ti, %, не более	C, %, не более	S, %, не более	P, %, не более
ФН660	55–65	1,0	1,5	3,0	1,0	0,1	0,03	0,10
ФН658	50–65	1,0	2,0	6,0	1,0	0,2	0,03	0,15
ФНб58(ф)	50–65	не норм.	2,0	6,0	2,0	0,3	0,05	0,40
ФНб55(ф)	55–65	не норм.	5,0	8,0	2,0	0,5	0,3	2,0

Остаток баланса — железо. Тантал всегда сопутствует ниобию в рудном сырье; его содержание нормируется отдельно и определяется на каждой 50-й плавке. Марки с индексом «(ф)» получают силикотермическим восстановлением из флотационных концентратов, отсюда повышенное содержание серы и фосфора. По требованию потребителя для марки ФН660 возможна поставка с массовой долей алюминия не более 2%, для ФН658 — с фосфором не более 0,10%.

При заказе необходимо указывать марку или нормируемый химический состав и класс крупности. Если стандартный состав не отвечает требованиям конкретной плавки, ГОСТ допускает согласование дополнительных требований в договоре.

Физические свойства

Плотность феррониобия зависит от содержания ниобия и составляет 6,75–8,5 г/см³: чем выше доля ниобия (плотность 8,57 г/см³), тем выше плотность сплава. Температура плавления — 1520–1600°C; это ниже, чем у чистого ниобия, что обеспечивает его полное растворение в стали при стандартных температурах разливки.

Феррониобий нерастворим в воде, устойчив к атмосферной коррозии. Пыль сплава горюча; при работе с дроблёным материалом следует применять обеспыливание и соответствующие средства защиты органов дыхания.

Применение феррониобия в металлургии

Микролегирование конструкционных и трубных сталей

Это основная область применения феррониобия — на неё приходится подавляющая доля мирового потребления ниобия. Небольшие добавки ниобия (как правило, 0,02–0,05% в готовой стали) значительно измельчают зерно аустенита при горячей прокатке за счёт образования дисперсных карбонитридов ниобия Nb(C,N), которые тормозят рост зерна при нагреве и рекристаллизацию при деформации. В результате готовый прокат имеет мелкозернистую структуру, что одновременно повышает предел текучести, ударную вязкость и свариваемость — комбинация, недостижимая только термообработкой.

Из микролегированных ниобием сталей изготавливают трубы для магистральных нефте- и газопроводов, строительную арматуру класса высокой прочности, листовой прокат для судостроения и мостостроения, рамные и несущие конструкции в автомобилестроении.

Нержавеющие и жаропрочные стали

В хромоникелевых нержавеющих сталях аустенитного класса ниобий вводят как стабилизатор, препятствующий выделению карбидов хрома по границам зёрен при нагреве (в том числе в зоне термического влияния при сварке). Связывая углерод в карбиды ниобия, которые более стабильны, чем карбиды хрома, он предотвращает межкристаллитную коррозию сварного шва и околошовной зоны. Содержание ниобия в таких сталях обычно составляет не менее 8-кратного содержания углерода.

В жаропрочных сплавах никелевой и железоникелевой основы ниобий входит в состав упрочняющей γ″-фазы (Ni₃Nb), обеспечивая длительную прочность при высоких температурах. Феррониобий применяется и при производстве электродных покрытий для сварки соответствующих марок стали.

Гранулометрический состав и формы поставки

По ГОСТ 16773-2003 феррониобий поставляется в кусках или в виде дроблёных и просеянных частиц. Размер кусков — от 2 до 100 мм. Куски как на поверхности, так и в изломе не должны иметь резко выраженных шлаковых включений и инородных материалов, видимых невооружённым глазом. Класс крупности указывается в заказе.

Партии феррониобия формируются одним из трёх методов:

• Поплавочный — партия из материала одной плавки. Обеспечивает максимальную однородность состава; предпочтителен при жёстких допусках на содержание ниобия.
• Помарочный — партия из нескольких плавок одной марки. Массовая доля Nb+Ta в отдельных плавках не должна отличаться более чем на 3%.
• Смешанный — материал одной марки из нескольких плавок, измельчённый до частиц размером менее 50 мм и тщательно перемешанный. Обеспечивает усреднённый состав по всей партии.

С каждой партией предоставляется документ о качестве, содержащий марку, класс крупности, номер партии, химический состав, метод формирования партии, массы брутто и нетто, дату изготовления и штамп ОТК.

Феррониобий, как и другие ферросплавы, поставляется упакованным в стальные барабаны (масса нетто не более 500 кг) или в специализированных контейнерах. Барабаны, предназначенные для длительного хранения, окрашиваются в синий цвет. При транспортировании и хранении материал нетоксичен и пожаробезопасен; меры предосторожности требуются только при работе с пылью.

По вопросам поставки феррониобия, в том числе других тугоплавких ферросплавов, обращайтесь в коммерческий отдел — условия согласовываются индивидуально.