Zašto se vanadijum dodaje čeliku
Vanadijum je jak stvaralac karbida i nitrida. Kada se ferovanadijum doda toploti, vanadijum se kombinuje sa ugljenikom i azotom tokom skrućivanja i vruće obrade da bi se formirao fini V(C,N) precipitat. Te čestice pričvršćuju granice zrna, a zatim obezbeđuju taložno ojačanje tokom hlađenja, tako da čelik dobija čvrstoću i žilavost bez velikog povećanja sadržaja legure.
Ta kombinacija malog dodatka i velike promjene svojstva je razlog zašto se ferovanadij koristi u tako širokom spektru proizvoda, od armaturne šipke do alata i komponenti za zrakoplovstvo. Vanadijum takođe otporan na omekšavanje na povišenoj temperaturi, tako da je dragocen svuda gde deo mora da zadrži svoju tvrdoću dok je vruć.
Legirani i konstrukcijski čelik visoke-niske čvrstoće-
Najveća količinska upotreba ferovanadija je u čeliku visoke čvrstoće niske legure (HSLA) te u konstrukcijskim i armaturnim proizvodima. Dodatak vanadijuma je mali, obično samo nekoliko stotinki procenta u gotovom čeliku, ali povećava čvrstoću tečenja i otpornost na zamor dovoljno da omogući tanje preseke, lakše strukture i manju težinu za isto opterećenje.
Snaga tečenja raste kroz ojačanje padavina, tako da mršavija i zavarljivija hemija može dostići istu klasu čvrstoće.
Rafiniranje zrna poboljšava žilavost, što je važno za aplikacije na mostu, tornju i pritisku.
Šipka za ojačanje i strukturni dijelovi dobijaju nosivost bez proporcionalnog povećanja ugljika, što pomaže zavarljivosti.
Alat, matrica i čelik{0}}otporni na habanje
U čelicima za alat i kalupe, vanadij karbidi obavljaju težak posao. Izuzetno su čvrsti i otporni na grublje, tako da alat sa vanadijskim ležajevima zadržava oštricu i tvrdoću nakon ponovljenih ciklusa kaljenja.
Čelici za alate za hladni rad mogu sadržavati nekoliko postotaka vanadijuma kako bi se oduprli abrazivnom habanju pri rezanju, oblikovanju i probijanju.
Čelici za vruću obradu oslanjaju se na vanadij za održavanje vruće tvrdoće u kalupima za kovanje i alatima za tlačno livenje.
Brzorezni čelici koriste vanadij zajedno sa volframom i molibdenom, tako da rezna ivica preživi porast temperature na granici rezanja.
Opći odnos je jednostavan: unutar korisnog raspona, više vanadijuma znači bolju otpornost na habanje i vruću tvrdoću, ali i višu cijenu legure i čelika koji je teže obrađivati i brusiti, tako da se klasa bira u odnosu na stvarni mehanizam habanja.
Opružni čelik, primjene u automobilskoj i svemirskoj industriji
Opruge moraju skladištiti energiju i vraćati je hiljade puta bez pucanja, tako da su otpornost na zamor i elastičnost glavna svojstva. Mali dodatak vanadija oplemenjuje mikrostrukturu i povećava čvrstoću na zamor, zbog čega se lisnate opruge, zavojne opruge i komponente ovjesa obično izrađuju od mikrolegiranog čelika vanadijuma.
U automobilskom i svemirskom sektoru prednost je težina. Komponente koje se mogu napraviti od čelika veće čvrstoće sa visokim odnosom čvrstoće i težine omogućavaju inženjerima da smanje veličinu i masu presjeka. Vanadijum također pomaže dijelovima da zadrže snagu na radnoj temperaturi, što odgovara primjeni motora, pogona i nosivosti. U legurama titanijuma koristi se i kontrolisano dodavanje vanadijuma, jer vanadijum stabilizuje beta fazu i poboljšava obradivost i čvrstoću legure.
Građevinska, infrastrukturna i ne-nemetalurška upotreba
Infrastruktura troši ferovanadijum uglavnom kroz čelik u mostovima, zgradama, cjevovodima, dizalicama i šinskim sistemima, gdje su izdržljivost i nosivost vođeni čvrstoćom i žilavošću čelika. Budući da se čelici od mikrolegiranih vanadijuma mogu zavariti bez jakog predgrijavanja, oni također skraćuju vrijeme izrade na licu mjesta.
Izvan metalurgije, vanadijum i dalje ima ulogu. Vanadijum oksid proizveden iz istog toka sirovina koristi se kao katalizator u hemijskim procesima, posebno u oksidaciji sumpor-dioksida u sumpor-trioksid za proizvodnju sumporne kiseline, gde katalizator mora da se odupre trovanju i zadrži aktivnost tokom ponovljenih ciklusa regeneracije. Ove ne-metalurške količine su male u poređenju sa proizvodnjom čelika, ali zahtijevaju istu pažnju na konzistentan sastav.
Često postavljana pitanja
P: Koja je glavna industrijska upotreba ferovanadijuma?
Njegova glavna upotreba je legiranje čelika. Vanadijum se dodaje HSLA, konstrukcijskim, opružnim i alatnim čelicima kako bi se povećala čvrstoća, tvrdoća, otpornost na habanje i zamor putem finih taloga karbida i nitrida.
P: Koliko je vanadijuma potrebno u HSLA čeliku?
Samo mala količina. Tipične HSLA klase se oslanjaju na sadržaj vanadijuma izmjeren u stotim dijelovima procenta u gotovom čeliku, što je dovoljno za rafiniranje zrnaca i obezbjeđivanje padavina.
P: Zašto je ferovanadijum važan u alatnim čelicima?
Vanadijum formira veoma tvrde karbide koji su otporni na grubljenje tokom kaljenja. Kao rezultat toga, alat zadržava svoju tvrdoću i oštricu na temperaturi postignutoj u radu, što produžava vijek trajanja alata.
P: Koja je uloga vanadijuma u izvorima?
Poboljšava strukturu zrna i podiže čvrstoću na zamor, tako da opruga može podnijeti veći napon za isti presjek i preživjeti veći broj ciklusa opterećenja prije pucanja.
P: Da li se vanadijum koristi izvan proizvodnje čelika?
Da. Vanadijum se koristi u legurama titanijuma, gde stabilizuje beta fazu i poboljšava snagu i obradivost, a vanadij oksid se koristi kao katalizator u hemijskim procesima kao što je proizvodnja sumporne kiseline.
P: Koja klasa ferovanadijuma odgovara opštem inženjeringu?
FeV75 pokriva većinu opštih inženjerskih aplikacija, dok je FeV80 izabran za rad visokih performansi gde se preostali elementi moraju strogo kontrolisati. Niže klase kao što je FeV50 se koriste tamo gdje je dovoljan manji dodatak vanadijuma.