Сплав ФА30

Сплав ФА30 — ферроалюминий с массовой долей алюминия около 30 %. Основа сплава — железо. ФА30 применяется в чёрной металлургии как раскислитель при выплавке стали мартеновским, электродуговым и конвертерным способами. Помимо раскисления, ферроалюминий используется для легирования специальных марок стали и чугуна, а также в производстве огнеупорных изделий.

Химический состав ферроалюминия ФА30

Ферроалюминий марки ФА30 выпускается по техническим условиям (ТУ). Конкретные пределы содержания элементов зависят от ТУ производителя. В общем случае диапазон основных компонентов таков:

Элемент	Массовая доля, %
Алюминий (Al)	25–33
Кремний (Si)	не более 5,0
Марганец (Mn)	не более 8,0
Углерод (C)	не более 0,9
Медь (Cu)	не более 2,0
Фосфор (P)	не более 0,10
Сера (S)	не более 0,10
Железо (Fe)	остальное

Цифра «30» в марке обозначает номинальное содержание алюминия. Железо составляет основную массу сплава (около 60–70 %), что определяет большинство физических свойств ФА30.

Физические свойства сплава ФА30

Плотность ферроалюминия ФА30 составляет ориентировочно 5,0–7,0 г/см³ — в зависимости от фактического содержания алюминия и примесей. Это значение существенно выше плотности чистого алюминия (2,7 г/см³), но ниже плотности стали (~7,8 г/см³). Близость плотности ФА30 к плотности жидкой стали (~7,0 г/см³) — одно из ключевых преимуществ сплава: при вводе в расплав ферроалюминий тонет и растворяется в объёме ванны, а не всплывает на поверхность, как чистый алюминий.

Система Fe–Al при содержании ~30 % Al по массе содержит интерметаллидные фазы (Fe₃Al, FeAl). Температура начала плавления (солидус) таких сплавов — порядка 1150–1250 °C, температура полного расплавления (ликвидус) — свыше 1300 °C. Выплавка ФА30 ведётся в электропечах при температурах 950–1450 °C.

Сплав обладает высокой твёрдостью и хрупкостью, что обусловлено присутствием упорядоченных интерметаллидных фаз. Благодаря хрупкости ФА30 легко дробится до заданной фракции. Алюминий в составе сплава формирует на поверхности защитную плёнку оксида Al₂O₃, что обеспечивает устойчивость к атмосферной коррозии при хранении.

Раскисление стали ферроалюминием ФА30

Основное назначение ФА30 — раскисление (удаление растворённого кислорода) из жидкой стали. Алюминий является сильным раскислителем: он связывает кислород в оксид Al₂O₃, который переходит в шлак. Раскисление проводится при выпуске металла из печи в ковш, при внепечной обработке или непосредственно в сталеплавильном агрегате.

Преимущества ФА30 перед чушковым алюминием

Традиционным раскислителем является вторичный алюминий марки АВ87 (ГОСТ 295-98), содержащий не менее 87 % Al. Несмотря на высокое содержание алюминия, АВ87 имеет существенный недостаток: его плотность (~2,7 г/см³) значительно ниже плотности жидкой стали. При вводе в расплав чушки АВ87 всплывают на поверхность, контактируют с покровным шлаком и атмосферой, окисляются. Фактическое усвоение алюминия при раскислении чушкой АВ87 составляет в среднем 50–60 %.

Ферроалюминий ФА30 лишён этого недостатка. За счёт высокой плотности куски сплава погружаются в расплав и растворяются в объёме жидкой стали. По результатам промышленных испытаний, коэффициент усвоения алюминия из ФА30 достигает 85–99 %, что в 1,5–2 раза выше, чем при использовании чушкового алюминия. Это позволяет существенно сократить расход раскислителя.

Влияние на свойства стали

Глубокое раскисление ферроалюминием улучшает качество стали по нескольким направлениям. Снижение содержания растворённого кислорода уменьшает количество и размер оксидных неметаллических включений, что повышает механические свойства готового проката: ударную вязкость, пластичность, сопротивление усталости. Кроме того, тщательное раскисление создаёт условия для более полного усвоения других легирующих элементов — марганца, кремния — поскольку они уже не расходуются на связывание кислорода.

Алюминий, остающийся в стали после раскисления (остаточный алюминий, обычно 0,02–0,06 %), выполняет функцию микролегирования: связывает азот в нитриды AlN, которые тормозят рост аустенитного зерна при нагреве. Это измельчает зерно стали и дополнительно повышает вязкость и прочность.

Применение ФА30 в чугунолитейном производстве

В чугунолитейном производстве алюминий действует как графитизатор — подобно кремнию, но с более выраженным эффектом. Введение ферроалюминия в чугун способствует выделению углерода в форме графита. Это приводит к измельчению структурных составляющих чугуна, формированию плотных мелкозернистых отливок. Расход ФА30 для модифицирования чугуна составляет доли процента от массы расплава.

Структура и внешний вид

Ферроалюминий ФА30 представляет собой твёрдый хрупкий сплав тёмно-серого цвета с металлическим блеском на свежем изломе. Поверхность чушек — без шлаковых и инородных включений. В изломе допускается наличие усадочных трещин. С учётом хрупкости допускаются сколы и половинки чушек (не более 5 % от массы партии).

Формы поставки ферроалюминия ФА30

Ферроалюминий ФА30 поставляется в нескольких формах:

Форма поставки	Описание
Чушки	Масса до 20 кг, с пережимами и без. Гладкая поверхность без инородных вкраплений.
Куски (насыпь)	Фракция 0–100 мм.
Дроблёный	Размер кусков 20–50 мм. Допуск: фракция более 50 мм (но не более 70 мм) — не более 20 %; фракция менее 20 мм — не более 10 % от массы партии.
Пирамидки, брикеты	Формованные изделия заданной массы для точного дозирования в расплав.

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение ферросплавов регулируются ГОСТ 26590-85.

Нормативная документация

Ферроалюминий марки ФА30 выпускается по техническим условиям (ТУ). В отличие от марок ФА10, ФА15, ФА20 и ФА23, которые исторически нормируются общеотраслевыми стандартами на ферросплавы, марка ФА30 производится по ТУ конкретных предприятий. Общие требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению ферроалюминия устанавливает ГОСТ 26590-85 «Ферросплавы. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение».

При заказе ФА30 целесообразно запрашивать у поставщика сертификат качества с указанием фактического химического состава партии, а также номер ТУ, по которому произведена продукция.