6.7. Технология получения азотированного марганца и силикомарганца

Азотированный марганец (2–6% N) (табл. 6.22) используется при производстве многих марок стали. При выплавке коррозионностойких сталей аустенитного класса азот вводится как заменитель части никеля и его содержание достигает 0,5–0,6%.

Таблица 6.22. Требования к химическому составу, %, азотированного марганца по ГОСТ 6008-90

Марка	Исходный марганец	Mn, не менее	С	Si	P	S	N, не ме-нее
			не более
Мн92Н6	Электроли- тический	92,0	0,10	-	0,005	0,10	6,0
Мн87Н6	Электро терми- ческий	87,0	0,20	1,8	0,07	0,05	6,0
Мн89Н4		89,0	0,20	1,8	0,07	0,05	4,0
Мн91Н2		91,0	0,20	1,8	0,07	0,05	2,0

Азотированный металлический марганец представляет собой двухкомпонентную систему Mn–N (рис. 6.24), в которой образуются нитриды: Mn₄N (5,99% N), Mn₅N₂ (9,2–11,92% N), Mn₃N₂ (13,5–15% N) и др. Mn₃N₂ (-фаза) имеет тетрагональную решетку, периоды решетки равны: а = 2,97341 нм; с = 1,21264 нм, с/а = 4,0783.

При азотировании жидкого марганца молекулярным азотом растворимость азота с повышением температуры снижается из-за экзотермичности реакции. Поэтому разработан твердофазный процесс получения нитридов марганца.

Рис. 6.24. Диаграмма равновесного состояния системы Mn–N

Технология производства азотированного марганца твердофазным процессом состоит в следующем. Порошок марганца (фракция 2 мм), полученный в шаровой мельнице в атмосфере азота, насыпают в поддоны и помещают в вакуумные печи при t 200^оС. После создания вакуума 133,3 Па и последующего нагрева до 800^оС в печь подают молекулярный азот чистотой 99% N₂. Температура изотермической выдержки составляет 900–950^оС. Вследствие экзотермичности процесса происходит спекание порошка в прочные спеки. Охлаждение садки производится в атмосфере азота; общая продолжительность процесса 70 ч. Прочность спеков получается удовлетворительная, если азотирование проводят при 750–900^оС. Плотность спека 5,9–6,4 г/см³. При создании вакуума на 1 стадии процесса слой порошка марганца разрыхляется выделяющимся из него водородом (140—250 см³/100 г), что облегчает доступ азота при азотировании.

Для получения 1 т товарного азотированного марганца расходуется 1030 кг металлического марганца, 150 м³ азота, 1180 кВт∙ч электроэнергии. Полезное использование марганца составляет 97%.

Азотированию можно подвергать ферросиликомарганец (табл. 6.23). В процессе азотирования ферросиликомарганца образуется фаза типа Mn_5-xSi_3-yN_x+y и карбид (Мn, Fе)₃₂С₆. Независимо от конечного содержания азота (<9%) х = 2,95 и у = 0,65.

Табл.6.23. Химический состав, %, азотированного силикомарганца (ТУ 14-144-63-92)

Марка	Mn, не менее	N	Si	C, не более
СМн7Н	60,0	7,1	9-17	3,5
СМн5Н	60,0	4,0-7,0	9-17	3,5

Твердофазный способ получения азотированных ферросплавов характеризуется универсальностью и может быть применен для производства азотированного высокоуглеродистого ферромарганца с ванадием и других сплавов.

157