Если вы видите в спецификации «FeV50» или «FeV80», это не формула соединения, а обозначение сплава и его примерного содержания ванадия. Ниже разобрано, почему так, как состав связан со способом получения, как читать таблицу требований и как по ней рассчитать присадку ванадия в сталь.

Что означает химическая формула FeV?

В запросах часто ищут «формулу феррованадия» или «химическую формулу феррованадия». Запись FeV состоит из символов двух элементов: Fe — железо, V — ванадий. Она показывает, из чего сделан сплав, а не сколько атомов каждого элемента в нём содержится. Индексов, как у соединения (например, V₂O₅), здесь нет, и их нельзя «достроить».

Это видно, если перевести массовую долю ванадия в соотношение атомов. Расчёт — иллюстрация: он учитывает только железо и ванадий и не принимает во внимание кремний, алюминий, углерод и другие элементы, которые есть в реальном сплаве.

Соотношение атомов меняется вместе с маркой. Значит, по записи FeV нельзя сказать, что железа и ванадия в сплаве поровну. Даже у марки с ванадием около 50 % по массе отношение близко к 1 : 1 лишь случайно, как следствие близких атомных масс двух металлов, а не как свойство сплава.

Феррованадий — сплав или химическое соединение?

Товарный феррованадий — это сплав. Он описывается маркой и диапазоном массовой доли ванадия, а не одной формулой. ГОСТ 27130-94 определяет феррованадий как легирующий сплав железа и ванадия с минимальным содержанием ванадия 35,0 % и максимальным 85,0 % по массе, полученный путём восстановления.

Есть и более глубокая причина, почему формулу писать нельзя. В системе Fe–V действительно известна упорядоченная σ-фаза, но и она не имеет определённого состава: по разным данным, она существует примерно при 30–60 ат. % ванадия и только в ограниченном интервале температур (нижняя граница около 650 °C, верхняя — от 1000 до 1321 °C в зависимости от состава). Эту фазу описывают как фазу без определённого стехиометрического состава. Поэтому даже в строгой физической химии системы железо–ванадий формула вида FeV не соответствует одному веществу фиксированного состава. Какие фазы будут в конкретном слитке, зависит от состава и режима охлаждения, и стандарт на товарный феррованадий этого не нормирует.

Как получают феррованадий и почему состав зависит от способа

Феррованадий получают восстановлением оксидов ванадия — чаще всего V₂O₅ и ванадийсодержащего шлака — в присутствии железа. По описанию способов в обзорной литературе (в том числе в статье Wikipedia о феррованадии), процесс идёт в электродуговой печи, а восстановитель определяет, какой сплав получится:

Упрощённо реакции записывают так (на практике добавляют известь для шлака, а часть восстановителя расходуется иначе):

Отсюда практический вывод. Остаток восстановителя — алюминий или кремний — неизбежно попадает в сплав как примесь, поэтому пределы по примесям у марок различаются: например, максимум алюминия в ГОСТ 27130-94 — 4,0 % для FeV40 и 1,5 % для FeV80. Состав — это не только «сколько ванадия», но и «чем и как он получен».

Химический состав феррованадия

Состав задают в массовых процентах. Основной показатель — массовая доля ванадия, остальное — железо и ограниченные примеси. В таблице — требования ГОСТ 27130-94 (идентичен ИСО 5451-80) для трёх марок. Значения кремния, алюминия и углерода — максимальные.

Для других элементов (фосфор, сера, мышьяк, медь, марганец, никель) стандарт задаёт свои пределы в зависимости от марки. Таблица здесь неполная, поэтому перед закупкой сверяйтесь с текстом стандарта или со спецификацией поставщика.

Различайте три вещи: марка — обозначение сплава; спецификация — диапазоны и пределы, которые вы согласовали с поставщиком; результат по партии — фактический анализ в сертификате. Совпадение марки не заменяет проверки результата.

Что означают марки феррованадия FeV50 и FeV80?

Число в обозначении указывает примерное содержание ванадия в процентах по массе: FeV80 — около 80 % V, FeV50 — около 50 % V. Это обозначение, а не точная величина. Для FeV80 ГОСТ 27130-94 задаёт диапазон 75,0–85,0 %.

Обозначение FeV50 в таблице 1 ГОСТ 27130-94 отсутствует: там марки FeV40, FeV60 и FeV80. Для сплавов «50» стандарт приводит российские обозначения вида ФВд50У0,4, ФВд50У0,5 и ФВд50У0,6 с массовой долей ванадия 48–60 %, а для ФВд50У0,3 и ФВд50У0,75 — «не менее 50 %». Поэтому нельзя автоматически приравнивать коммерческое обозначение «FeV50» к марке по ГОСТ. Уточняйте, по какому стандарту или спецификации заданы диапазоны.

Зачем ограничивают примеси в феррованадии

Ванадий вводят в сталь ради определённого эффекта: он образует карбиды и измельчает зерно, за счёт чего растут прочность и стойкость стали, поэтому феррованадий используют для низколегированных высокопрочных сталей и инструментальных сталей. Вместе с ванадием в расплав попадают и все остальные элементы сплава. Поэтому стандарт задаёт пределы:

• Углерод — переходит в сталь и влияет на её свойства, особенно в сталях с жёстким пределом по углероду.
• Кремний и алюминий — остатки восстановителя; участвуют в раскислении и могут влиять на шлак и неметаллические включения, допустимый уровень зависит от марки стали.
• Фосфор и сера — нежелательные примеси в большинстве сталей, поэтому для них задают верхние пределы.
• Медь, мышьяк, марганец, никель — ограничивают для марок, где они важны для предназначения сплава.

Конкретные допустимые уровни определяет марка стали и ваша технология. Поэтому пределы по примесям лучше задавать в заказе явно, а не полагаться на название марки.

Как рассчитать присадку ванадия в сталь

Главное, что нужно знать из состава, — сколько ванадия приходится на килограмм сплава. Масса феррованадия для присадки считается так:

Иллюстративный пример (условные данные, не гарантия и не рекомендация): нужно ввести 0,10 % V в 100 т стали, то есть 100 кг ванадия. Усвоение примем условно равным 95 %. Реальное усвоение зависит от технологии, шлака, момента ввода и других условий, и его нужно брать из собственных данных.

Видно, почему сравнивать сплавы по цене за тонну неверно: за одну и ту же присадку ванадия нужно разное количество материала. Сравнивайте цену ванадия, который реально усвоился. Одновременно с ванадием вы вносите железо и примеси сплава, и это тоже нужно учесть в расчёте состава стали.

Чем феррованадий отличается от пятиокиси ванадия?

Пятиокись ванадия V₂O₅ — химическое соединение с определённой формулой: ванадий в нём связан с кислородом. Феррованадий — металлический сплав железа и ванадия. Именно V₂O₅ — исходное сырьё для получения сплава восстановлением, о чём шла речь выше. Это разные материалы, и их не заменяют один другим без технологической проверки. Если вам нужна именно пятиокись, посмотрите хлопья пятиокиси ванадия на нашем сайте.

Как проверить состав партии феррованадия

1. Запишите марку и стандарт или спецификацию, по которым заказываете.
2. Укажите диапазон ванадия и максимальные значения кремния, алюминия, углерода, фосфора и серы.
3. Запросите сертификат на конкретную партию и сверьте каждый показатель с заказом.
4. Убедитесь, что номер партии в сертификате совпадает с номером на поставленном материале.

Сертификат подтверждает результат по партии. Он не подтверждает пригодность сплава для вашего процесса — это нужно проверять отдельно.

Уточнить требования к материалу

Феррованадий: частые вопросы

Феррованадий — это сплав или химическое соединение?

Сплав. Он описывается маркой и диапазоном массовой доли ванадия, а не одной химической формулой.

Какая формула у феррованадия?

У товарного сплава нет формулы соединения. Запись FeV только называет два элемента — железо и ванадий — и не задаёт их соотношения.

Сколько ванадия в феррованадии?

По ГОСТ 27130-94 — от 35,0 до 85,0 % по массе, в зависимости от марки. Точный диапазон указан в спецификации конкретной марки.

Чем FeV50 отличается от FeV80?

Содержанием ванадия: около 50 % и около 80 % по массе. Остальное — в основном железо и ограниченные примеси. Способ получения и пределы по примесям у них могут отличаться, их смотрите в спецификации.

Зачем феррованадий добавляют в сталь?

Это легирующий сплав: им вводят ванадий, который образует карбиды и измельчает зерно. ГОСТ 27130-94 относит его к поставкам для сталеплавильной и литейной отраслей.

Почему нельзя сравнивать феррованадий по цене за тонну?

За одну и ту же присадку ванадия нужно разное количество сплава с разным содержанием V. Сравнивайте цену усвоенного ванадия, а не материала.

Источники

• ГОСТ 27130-94 (ИСО 5451-80). Феррованадий. Технические требования и условия поставки.
• Sigma-phase in Fe-Cr and Fe-V alloy systems and its physical properties (обзор по σ-фазе в системе Fe–V).
• Ferrovanadium — Wikipedia (обзорные сведения о способах получения и применении; для закупки используйте стандарт и спецификацию).