Ferrofosfor terutama terdiri dari besi (Fe) dan fosfor (P), dengan kandungan fosfor 15%-25%. Tampak sebagai gumpalan atau butiran, dengan titik leleh sekitar 1100-1200 derajat dan kepadatan 7,2-7,5 g/cm³. Dampaknya terhadap baja/coran berasal dari dua karakteristik utama:
Kelarutan padat fosfor dalam baja terbatas (hanya sekitar 0,02% pada suhu kamar), dan fosfor yang berlebihan mudah mengendap sebagai fosfida seperti Fe₃P;
Fosfor mempunyai kecenderungan kuat untuk terpisah, mudah terakumulasi pada batas butir, sehingga dapat meningkatkan kinerja namun juga menimbulkan risiko penggetasan.
Kelebihan dan Kekurangan FeP dalam Pembuatan Baja dan Batasan Penerapannya
(1) Keunggulan Inti: Peningkatan Kinerja dan Optimasi Proses
Peningkatan Kekuatan dan Ketahanan Aus:
Atom fosfor larut ke dalam kisi besi, menyebabkan distorsi kisi, menghambat pergerakan dislokasi, dan mencapai penguatan larutan padat. Cocok untuk batang baja bangunan-berkekuatan tinggi dan-komponen mekanis tahan aus, bila jumlah penambahan dikontrol pada 0,02%-0,04%, ketahanan aus meningkat sebesar 20%-30%.
Deoksidasi tambahan dan penyesuaian komposisi:
Fosfor memiliki energi bebas reaksi yang rendah dengan oksigen dan dapat digunakan sebagai deoksidasi tambahan. Ini dapat digunakan bersama dengan ferrosilikon dan ferromangan untuk lebih mengurangi kandungan oksigen pada baja cair. Pada kadar baja tertentu (seperti baja tahan cuaca), fosfor bekerja secara sinergis dengan tembaga dan kromium untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi di atmosfer.
Kinerja pemotongan yang dioptimalkan:
Jumlah fosfor yang tepat (0,03%-0,06%) dapat meningkatkan kemampuan mesin baja, membuat serpihan lebih mudah pecah dan mengurangi keausan pahat sebesar 15%-20%, sehingga cocok untuk baja yang digunakan dalam pemesinan bubut otomatis.
(2) Risiko utama: Penggetasan dan bahaya proses
Menyebabkan kerapuhan dingin:
Fosfor terpisah pada batas butir untuk membentuk-titik leleh-Fe₃P yang rendah, sehingga mengurangi ikatan batas butir dan meningkatkan suhu transisi getas pada baja. Ketika kandungan fosfor melebihi 0,04%, ketangguhan impak baja karbon rendah-turun tajam di bawah -20 derajat , sehingga rentan terhadap patah mendadak dan tidak cocok untuk baja kontainer suhu rendah, baja jembatan, dll.
Penurunan kemampuan las:
Fosfor terpisah di zona-yang terkena dampak las dan panas, membentuk lapisan cairan-titik leleh-rendah, yang dengan mudah menyebabkan keretakan panas akibat tekanan pengelasan, sehingga mengurangi tingkat kelulusan las dari lebih dari 95% menjadi di bawah 85%; ketika kandungan fosfor melebihi 0,03%, kerentanan terhadap keretakan panas meningkat secara signifikan.
Pengurangan plastisitas:
Ketika kandungan fosfor melebihi 0,05%, perpanjangan baja berkurang dari 25% menjadi di bawah 15%, dan pengurangan luas berkurang sebesar 40%, mempengaruhi sifat pembentukan dan pemrosesan baja (seperti pembengkokan dan stamping).
Kelebihan, Kekurangan, dan Batasan Penerapan Ferrofosfor dalam Pengecoran
(1) Keunggulan Inti: Peningkatan Kualitas Besi Cair dan Pengecoran
Peningkatan Fluiditas Besi:
Fosfor mengurangi tegangan permukaan besi cair, menurunkan viskositas sebesar 15%-20%, sehingga memudahkan besi cair mengisi rongga cetakan yang rumit dan mengurangi cacat seperti "pengisian tidak mencukupi" dan "penutup dingin". Data dari perusahaan pengecoran presisi menunjukkan bahwa penambahan 0,02%-0,03% fosfor (dalam bentuk ferrofosfor) meningkatkan tingkat kualifikasi pengecoran dari 88% menjadi 95%.
Mengurangi Cacat Pengecoran:
Penambahan fosfor menghaluskan butiran grafit, menghasilkan struktur pengecoran yang lebih seragam dan mengurangi timbulnya cacat porositas dan penyusutan sebesar 30%-40%; sangat cocok untuk produksi coran biasa yang terbuat dari besi cor kelabu dan besi ulet, meningkatkan kualitas penampilan dan akurasi dimensi.
(2) Risiko Utama: Penggetasan dan Penurunan Kinerja
Mengurangi Ketangguhan Pengecoran:
Excessive phosphorus (>0,05%) meningkatkan kerapuhan pengecoran, menurunkan ketangguhan tumbukan sebesar 25%-35%, terutama pada suhu rendah, sehingga tidak cocok untuk pengecoran yang terkena beban tumbukan (seperti blok mesin dan suku cadang mesin teknik).
Mempengaruhi Spheroidisasi:
Pada besi ulet, kandungan fosfor melebihi 0,04% menghambat spheroidisasi grafit, mengurangi laju spheroidisasi dari 90% menjadi di bawah 70%, menyebabkan fluktuasi kekuatan tuang dan peningkatan laju skrap.
Penyebab Resiko Retak Panas :
Pemisahan fosfor dengan mudah membentuk fase-titik lebur-rendah di titik panas dalam pengecoran, sehingga menghasilkan retakan tegangan termal selama pemadatan, terutama meningkatkan risiko retak panas sebesar 20%-25% pada pengecoran struktur kompleks.
Strategi Pengendalian Utama untuk Penggunaan Ferrofosfor
(1) Pengendalian Jumlah Penambahan yang Tepat
| Skenario Aplikasi | Kandungan Fosfor Maksimum yang Diijinkan | Jumlah Penambahan Fosfor dan Besi yang Direkomendasikan | Tujuan Pengendalian Inti |
| Baja-kontainer bersuhu rendah, baja jembatan | Kurang dari atau sama dengan 0,025% | Penambahan aktif dilarang. | Hindari kerapuhan dingin dan retakan pengelasan. |
| Batang baja struktural-berkekuatan tinggi,-baja tahan aus | Kurang dari atau sama dengan 0,045% | 0.02%-0.04% | Menyeimbangkan kekuatan dan ketangguhan |
| Besi cor kelabu biasa, coran sederhana | Kurang dari atau sama dengan 0,06% | 0.02%-0.03% | Meningkatkan fluiditas dan mengurangi cacat pembentukan |
| Besi ulet, coran presisi | Kurang dari atau sama dengan 0,04% | 0.01%-0.02% | Untuk menghindari mempengaruhi tingkat spheroidisasi dan ketangguhan |
(2) Tindakan Optimasi Proses
Penambahan Tersebar:Ferrofosfor granular ditambahkan ke logam cair secara-melalui cara untuk mengurangi pengayaan dan segregasi lokal;
Sinergi Elemen:Menambahkan mangan (Mn/P Lebih Besar dari atau sama dengan 10) dapat menghambat segregasi batas butir fosfor dan mengurangi risiko penggetasan;
Pemurnian dan Pemurnian:Desulfurisasi dan defosforisasi dilakukan melalui pembentukan terak tungku LF untuk memastikan kandungan fosfor memenuhi standar secara akurat.
(3) Pengendalian Lingkungan dan Keselamatan
Debu yang dihasilkan selama pemrosesan paduan ferrofosfor harus dikumpulkan melalui sistem bag filter (konsentrasi debu dikontrol di bawah 10mg/m³) untuk menghindari bahaya penghirupan;
Sejumlah kecil gas berbahaya seperti pH₃ akan dihasilkan selama proses peleburan, sehingga ventilasi yang baik di bengkel harus dipastikan dan operator harus memakai respirator.
Kelebihan dan Kekurangan serta Prinsip Seleksi
Nilai paduan FeP terletak pada "adaptasi yang tepat terhadap skenario tertentu":dalam skenario yang memerlukan kekuatan, ketahanan aus, dan fluiditas, namun persyaratan ketangguhan dan kemampuan las tidak tinggi (seperti baja struktural biasa dan pengecoran sederhana), penambahan yang tepat dapat meningkatkan kualitas produk dan efisiensi produksi secara signifikan.
Risiko inti terletak pada “kelebihan dan ketidaksesuaian”:Untuk baja/coran pada suhu rendah, beban tumbukan, dan kondisi pengelasan, penambahan ferrofosfor harus dibatasi atau dilarang secara ketat.
Kunci penerapan praktis:Menentukan batas atas kandungan fosfor sesuai standar produk, memanfaatkan keunggulannya melalui formulasi yang tepat dan optimalisasi proses, serta menghindari dampak negatif seperti penggetasan.
