Die Klassifizierung vonCalcium-Silizium-Legierungenbasiert auf dem Gehalt an Kalzium (Ca) und Silizium (Si) als Kernindikatoren. Gängige Industriequalitäten und ihre Zusammensetzungsbereiche sind wie folgt (entsprechend der Norm GB/T 4701-2021 „Silicon Calcium Alloys“):
| Gemeinsame Noten | Bereich des Kalziumgehalts (Ca). | Bereich des Siliziumgehalts (Si). | Maximaler Gehalt an Verunreinigungen (Al+Fe). | Hauptanwendungsgebiete |
|---|---|---|---|---|
| Ca31Si55 | 30%-35% | 50%-58% | Weniger als oder gleich 8 % | Desoxidation und Entschwefelung bei der Stahlherstellung |
| Ca28Si60 | 25%-30% | 58%-65% | Weniger als oder gleich 7 % | Impfung von Gusseisen, Siliziumergänzung für die Stahlherstellung |
| Ca20Si65 | 18%-22% | 63%-68% | Weniger als oder gleich 6 % | Aluminiumlegierungsguss, gewöhnliche Stahldesoxidation |
| CaSi in elektronischer Qualität | Größer als oder gleich 30 % (Ca) | Größer als oder gleich 60 % (Si) | Gesamtverunreinigungen Weniger als oder gleich 0,1 % | Halbleitermaterialien, elektronische Komponenten |
Hinweis: Bei einigen Spezialsorten kann der Verunreinigungsgehalt entsprechend den Benutzeranforderungen angepasst werden (z. B. Ca31Si55 mit niedrigem -Aluminiumgehalt, Al weniger als oder gleich 1 %).
Unterschiede in der Anwendung verschiedener Qualitäten von Calcium-Silizium-Legierungen in der Stahlherstellung
CaSi-Legierungen erfüllen bei der Stahlherstellung hauptsächlich Desoxidations-, Entschwefelungs- und Kornverfeinerungsfunktionen. Verschiedene Qualitäten weisen erhebliche Unterschiede in ihren geeigneten Anwendungen und Wirkungen auf:
Desoxidationseffekt: Hohe-Kalziumgehalte sind überlegen.
Hohe-Kalziumgehalte (z. B. Ca31Si55):Ca hat eine starke Affinität zu O. Durch die Zugabe von 0,3–0,5 % (bezogen auf die Masse des geschmolzenen Stahls) kann der Sauerstoffgehalt des geschmolzenen Stahls von 80–100 ppm auf 30–40 ppm reduziert werden. Die Desoxidationseffizienz ist 40–50 % höher als bei gewöhnlichen ProduktenFerrosilicium. Es eignet sich für hochwertige Stähle (z. B. Lagerstahl, Federstahl) und kann Oxideinschlüsse (z. B. Al₂O₃) reduzieren und so die Ermüdungslebensdauer von Stahl verbessern.
Mittlere-Kalziumqualitäten (z. B. Ca28Si60):Die Desoxidationseffizienz ist etwas geringer als bei Ca31Si55, es kann jedoch gleichzeitig Silizium hinzugefügt werden (wodurch sich der Si-Gehalt der Stahlschmelze erhöht). Calciumgehalt: 0,1 %-0,2 %, geeignet für Stähle, die eine Anpassung des Siliziumgehalts erfordern (z. B. niedrig-legierter hochfester Stahl), um Desoxidation und Zusammensetzungsanpassung auszugleichen.
Entschwefelungseffekt: Der Calciumgehalt bestimmt die Entschwefelungskapazität.
Die Entschwefelungsrate von Ca31Si55 kann 60 %-70 % erreichen (wodurch der Schwefelgehalt der Stahlschmelze von 0,03 % auf 0,009 %–0,012 % reduziert wird). Die erzeugten CaS-Einschlüsse haben einen hohen Schmelzpunkt (2450 Grad) und eine niedrige Dichte (2,58 g/cm³), wodurch sie leicht schwimmen und entfernt werden können. Es eignet sich für Stähle mit strengen Anforderungen an den Schwefelgehalt (z. B. Kernkraftstahl und Tieftemperaturbehälterstahl).
Die Entschwefelungsrate von Ca20Si65 beträgt nur 40–50 % und ist nur für gewöhnlichen Kohlenstoffstahl geeignet (der Schwefelgehalt darf höchstens 0,05 % betragen).
Kornverfeinerung: Qualitäten mit hohem -Kalziumgehalt verbessern die mechanischen Eigenschaften von Stahl.
Das Ca in Ca31Si55 fördert die Bildung von Carbonitriden (wie Nb(C,N)) aus Elementen wie Nb und Ti im Stahl und fungiert als Kornverfeinerungskeim. Dadurch wird die Korngröße von 50 µm auf 20-30 µm verfeinert, wodurch die Zugfestigkeit um 15 -20 % und die Schlagzähigkeit um 25–30 % erhöht werden. Dadurch eignet es sich für Stähle mit hoher Zähigkeit (z. B. verschleißfester Stahl für Maschinenbau).
Unterschiede bei der Anwendung verschiedener Qualitäten von SiCa-Legierungen im Gussbereich
Im Gussbereich werden Silizium-{0}}Kalziumlegierungen hauptsächlich als Impfmittel und Zusammensetzungsregler verwendet. Die Auswahl der Sorten muss der Gussart und den Leistungsanforderungen entsprechen:
Impfung von Gusseisen: Hoch-Siliziumsorten passen sich den Zähigkeitsanforderungen an
Hoch-Siliziumqualitäten (z. B. Ca28Si60, Ca20Si65):Si ist das Kernelement für die Graphitierung von Gusseisen. Die Zugabe von 0,2–0,4 % (bezogen auf die Masse des geschmolzenen Eisens) kann die Graphit-Sphäroidisierungsrate von Grauguss von 70 % auf über 90 % erhöhen und die Schlagzähigkeit von 12 J/cm² auf 18–22 J/cm² erhöhen. Es eignet sich für Gusseisenteile, die eine hohe Zähigkeit erfordern (z. B. Werkzeugmaschinenbetten, Automobilbremsscheiben);
Hohe-Kalziumgehalte (z. B. Ca31Si55):Der Impfeffekt ist schwächer, kann aber die Fließfähigkeit des geschmolzenen Eisens verbessern (die Viskosität wird um 15 %-20 %) verringert, wodurch das „unvollständige Ausgießen“ dünnwandiger Gusseisenteile (Wandstärke 3–5 mm) verringert wird. Defekte, geeignet für komplexe Strukturgussteile (z. B. Präzisionsventile).
Nicht-Guss aus Nichteisenlegierungen: Passende Zusammensetzungsanforderungen nach Bedarf
Guss aus Aluminiumlegierung:Ca20Si65 kann Si in Aluminiumlegierungen ergänzen (erhöht die Legierungsfestigkeit), während Ca schädliche Elemente wie Na und Li in Aluminiumlegierungen neutralisieren kann (wodurch CaNa₂ und CaLi₂ erzeugt werden), wodurch die „Heißrissbildungstendenz“ verbessert wird, geeignet für die Herstellung von Automobilrädern aus Aluminiumlegierung;
Guss aus Magnesiumlegierung:Ca in Ca31Si55 kann Magnesiumlegierungskörner verfeinern (von 100 μm auf 40-50 μm) und so die Hochtemperaturfestigkeit verbessern (Zugfestigkeit bei 200 Grad steigt um 30 %), geeignet für Magnesiumlegierungskomponenten in der Luft- und Raumfahrt.
Unterschiede in der Anwendung verschiedener Qualitäten von Silizium-Kalzium-Legierungen in speziellen Bereichen
Bereich elektronische Materialien: Hochreine Qualitäten sind der Schlüssel
Elektronische-Silizium-Kalziumlegierungen (wie Ca30Si60, mit einem Gesamtverunreinigungsgehalt von weniger als oder gleich 0,1 %) erfordern eine strenge Kontrolle des B- und P-Gehalts (weniger als oder gleich 0,0001 %), um eine Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiter-Siliziumwafern zu vermeiden. Sie können zur Zubereitung verwendet werdenpolykristallines Silizium(durch die Reduktion von SiO₂ durch Silizium-Kalzium), wodurch sie für die Chipherstellung geeignet sind. Herkömmliche Industriequalitäten (z. B. Ca31Si55) können aufgrund zu hoher Verunreinigungen die Anforderungen der Elektronikindustrie nicht erfüllen.
Speziallegierungen: Präzises Zusammensetzungsdesign
Edelstahlproduktion:Die Zugabe von Ca28Si60 verbessert die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl (gleichmäßigerer Cr-Gehalt, Vermeidung von Bereichen mit Cr--Mangel) und verlängert die Salzsprühkorrosionsbeständigkeit von Edelstahl von 200 Stunden auf über 350 Stunden;
Herstellung hitzebeständiger-Legierungen:Ca in Ca31Si55 erhöht die Oxidationsbeständigkeit der Legierung bei hohen Temperaturen (erzeugt einen dichten CaO{3}}Al₂O₃-Schutzfilm) und reduziert die Oxidationsrate der hitzebeständigen Legierung bei 1000 Grad um 50 %, wodurch sie für die Herstellung von Gasturbinenschaufeln geeignet ist.
Grundprinzipien für die Auswahl von Calcium-Silizium-Legierungssorten
Priorisieren Sie „Kernfunktionen“:
Wählen Sie hochwertige Kalziumqualitäten (Ca31Si55) für Anwendungen, die eine starke Desoxidation/Entschwefelung erfordern, und hohe Siliziumqualitäten (Ca28Si60, Ca20Si65) für Anwendungen, die eine Impfung/Siliziumergänzung erfordern.
Übereinstimmung gemäß „Anforderungen an die Materialreinheit“:
Wählen Sie hochreine Qualitäten für Elektronik- und Kernkraftanwendungen sowie konventionelle Qualitäten für allgemeine Industrieanwendungen.
Bilanz nach „Prozesskosten“:
Qualitäten mit hohem-Kalziumgehalt sind 20 %-30 % teurer als Qualitäten mit hohem-Siliziumgehalt. Für unkritische Anwendungen können mittelkalziumhaltige Sorten (z. B. Ca28Si60) verwendet werden, um die Kosten zu senken.
