Quelles fonctions le lingot de manganèse a-t-il dans la fabrication de l'acier ?

Lingots de manganèsesont fabriqués avec du manganèse (Mn) de haute-pureté comme composant principal :

 Gamme de composition : Mn Supérieur ou égal à 95% (grade Mn95), Mn Supérieur ou égal à 97% (grade Mn97), Mn Supérieur ou égal à 99 % (grade Mn99), impuretés C Inférieur ou égal à 0,1 %, S Inférieur ou égal à 0,05 %, P Inférieur ou égal à 0,04 %, Fe Inférieur ou égal à 2,0 % ;

 Propriétés physiques :Point de fusion 1244 degrés, densité 7,43 g/cm³, grumeaux gris argentés - (10-50 mm), relativement cassants à température ambiante, hautement chimiquement actifs à haute température, avec un pouvoir réducteur juste derrière le calcium, l'aluminium et le silicium ;

 Principaux avantages :Fort effet synergique dans la désoxydation et la désulfuration, efficacité d'alliage élevée, coût 30 % -40 % inférieur à celui des alliages de silicium-calcium, adaptés à la production sidérurgique à grande échelle.

(1) Fonction de désoxydation : réduction légère et optimisation de l'inclusion

Les lingots métalliques de manganèse sont couramment utilisés comme « désoxydant doux » en sidérurgie, évitant une désoxydation excessive qui pourrait faire bouillir l'acier en fusion, tout en optimisant simultanément la morphologie des inclusions :

Mécanisme de réaction de base :

Mn + FeO → MnO + Fe (réaction spontanée dans l'acier fondu à 1500-1600 degrés). Le MnO généré a une densité inférieure à celle de l'acier fondu et est facilement flotté et éliminé avec les scories ; en outre, MnO peut former des scories composites à bas -point de fusion (point de fusion 1 200-1 300 degrés) avec SiO₂ et Al₂O₃, améliorant encore l'efficacité d'élimination des produits de désoxydation ;

Effet désoxydation quantitatif :

L'ajout de 0,2 % à 0,5 % (qualité Mn97) peut réduire la teneur en oxygène de l'acier fondu de 80 à 100 ppm à 40 à 60 ppm, obtenant ainsi une efficacité de désoxydation de ... 37.5 % à 50 % ;

Avantages comparatifs :

Pouvoir réducteur plus faible que l'aluminium et le silicium, empêchant l'ébullition violente de l'acier fondu, tout en augmentant l'efficacité de désoxydation du silicium et de l'aluminium de 10 à 15 %, évitant ainsi l'agrégation des inclusions provoquée par l'utilisation du silicium et de l'aluminium seuls ;

(2) Fonction de désulfuration : désulfuration stable et suppression de la fragilité à chaud

Les morceaux de manganèse réduisent la teneur en soufre de l'acier en formant des composés stables avec le soufre, évitant ainsi les défauts de fragilité à chaud :

Mécanisme de réaction de base :

Mn + FeS → MnS + Fe, le MnS généré a un point de fusion de 1610 degrés et une solubilité de seulement 0,0003 % (dans l'acier en fusion), presque insoluble dans l'acier en fusion, flottant facilement jusqu'aux scories pour être éliminées ;

Effet de désulfuration quantitatif :

L'ajout de 0,3 % à 0,8 % (qualité Mn97) peut réduire la teneur en soufre de l'acier fondu de 0,05 % à 0,08 % à 0,02 % à 0,03 %, obtenant ainsi un taux de désulfuration de ... 40 % à 75 % ; Valeur fondamentale : supprime efficacement la fragilité à chaud de l'acier, réduisant le taux de fissuration lors du travail à chaud (laminage, forgeage) de 1,2 % à 0,3 % et améliorant la plasticité du traitement ;

Avantages synergiques :

Lorsqu'il est utilisé conjointement avecalliages de calcium et de silicium, le taux de désulfuration peut être augmenté jusqu'à plus de 80 %, répondant aux exigences de production de l'acier à faible teneur en soufre (S inférieur ou égal à 0,01 %).

(3) Fonction d'alliage : amélioration des performances et optimisation de la microstructure

Le Mandac est l'un des éléments d'alliage les plus importants dans la fabrication de l'acier. Grâce au renforcement de la solution solide et au raffinement de la microstructure, il améliore considérablement les propriétés mécaniques de l'acier :

 Mécanisme de renforcement de base :

Renforcement de la solution solide :Les atomes de manganèse s'intègrent dans les réseaux de ferrite et de perlite, provoquant une distorsion du réseau, entravant le mouvement des dislocations et améliorant la résistance et la dureté de l'acier ;

Raffinement de la microstructure :Le manganèse abaisse la température de transformation de phase de l'acier, affine les grains de perlite et améliore la ténacité et la résistance à l'usure de l'acier ;

 Amélioration quantitative des performances :

Acier de construction faiblement allié (Q355) :L'ajout de 0,8 % à 1,7 % de lingots de manganèse de qualité Mn97 augmente la résistance à la traction de 345 MPa à 410 à 450 MPa, la limite d'élasticité augmente de 20 % à 30 % et la ténacité aux chocs (-20 degrés) supérieure ou égale à 60 J/cm² ;

-Acier résistant à l'usure (NM450) :Ajout de 1,5 à 2,0 % de lingots de manganèse, combinés à des éléments de carbone pour former du Mn₃C. La phase dure augmente la dureté de l'acier (HRC) de 25 à 45 à 50 et améliore la résistance à l'usure de 40 à 60 %.

Acier à ressort (60Si2Mn) :L'ajout de 0,7 à 1,0 % de lingots de manganèse améliore la trempabilité et la limite élastique de l'acier, augmentant ainsi la durée de vie en fatigue de 30 à 50 %.

 Production d'acier à faible-alliage à haute-résistance

Nuances d'acier appropriées :Q355, Q420, Q690, etc., représentant plus de 40 % de l’application totale de lingots de manganèse ;

Compatibilité des processus :Ajouté dans l'étape ultérieure de la fabrication de l'acier au convertisseur/four électrique (forme de bloc de 10 à 50 mm), quantité ajoutée de 0,5 % à 1,7 %, taux de récupération du manganèse de 90 % à 95 % ;

 Production d'-acier résistant à l'usure et d'acier pour machines d'ingénierie

Nuances d'acier appropriées :NM360, NM450, 15MnVN, etc. ;
Paramètres quantitatifs :Ajoutez 1,0 % à 2,0 % de lingots de manganèse de qualité Mn97, la résistance à la traction de l'acier est supérieure ou égale à 1 000 MPa et la résistance à l'usure répond aux exigences des machines d'ingénierie (dents de godet d'excavatrice, revêtements de concasseur) ;

 Production d'acier à ressort et d'acier à roulements

Nuances d'acier appropriées :60Si2Mn, 50CrVA, GCr15 =etc ;

Exigences de base :Les lingots de manganèse métallique de haute pureté -de qualité Mn99 (impuretés C inférieures ou égales à 0,05 %, P inférieures ou égales à 0,03 %) doivent être sélectionnées pour éviter que les impuretés n'affectent l'élasticité et la durée de vie de l'acier ;

Effet quantitatif :En ajoutant 0,7 % à 1,2 % de produits de qualité Mn99, la limite élastique de l'acier à ressort supérieure ou égale à 1 200 MPa et la durée de vie en fatigue de contact de l'acier à roulement supérieure ou égale à 10⁷ fois ;

 Modernisation de la production d'acier au carbone ordinaire

Nuances d'acier appropriées :Q235, Q255, etc. ;

Valeur de l'application :L'ajout de 0,2 % à 0,5 % de lingots de manganèse métallique de qualité Mn95 peut augmenter la résistance à la traction de l'acier au carbone ordinaire de 235 MPa à 270-290 MPa, répondant ainsi aux exigences de résistance des composants structurels de construction et mécaniques ;

(1) Tableau d'adaptation des qualités de base et des applications

(2) Principe de sélection de base

Priorité en matière de performances : acier haut de gamme-(acier à ressorts, acier à roulements) La nuance Mn99 garantit une pureté élevée et de faibles impuretés ;
Bilan des coûts : la nuance Mn97 est sélectionnée pour l'acier ordinaire et l'acier faiblement allié afin d'équilibrer les performances et les coûts ;
Priorité en matière de coût : la nuance Mn95 est sélectionnée pour l'acier au carbone à faibles exigences- afin de contrôler les coûts des matières premières ;