赵鲁生 关于灰铸铁中的氮含量问题 for 百铸网.docx

关于灰铸铁中的氮含量问题03年开始，在生产日本牧野机床铸件工厂工作时，日本人对冲天炉熔炼灰铁300铁水，要求不定期检测氮含量，当时检测的氮含量一般在100-120PPM。为什么日本人以前检测氮？当时都不清楚，很盲目。06年初，这个工厂新建工厂开始试生产，使用感应电炉熔炼，而老厂依然使用冲天炉熔炼。在新厂的整个试生产期间，电炉使用的生铁，废钢等原材料与老厂完全一样，成分控制也基本相同，但是灰铁300力学性能却低于老厂冲天炉的性能。追查原因，大家从孕育，增加硫含量，等措施之后，依然没有改善，最后只好降低碳含量，来提高电炉灰铁300的力学性能。见光谱仪分析结果：（见照片，新潮铸造冲天炉和电炉成分）。即冲天炉碳从3.2-3.2%改成电炉2.9-3.0%。其余成分不变。我把这个工厂一个月期间，新，老厂光谱仪化验结果做了对比，发现冲天炉钛含量一般低于0.025%，而电炉钛含量在0.04-0.06%。钛含量不同是表面现象，实质问题是钛高，结合了强化灰铁基体的氮，影响了力学性能。之后一直就把灰铁钛作为控制的主要元素来对待，去分析一些质量问题。普什铸造的工作经历。08-09年，和美国GE公司讨论生产灰铁汽缸体铸件，美国人也要求铁水检测氮和其他微量元素，如钛，铅等等。其中钛要求小于等于0.025%，氮含量要求60-120PPM。这些要求和自己熔炼灰铁的经验，即从冲天炉转变成电炉熔炼后，遇到的问题相符。（见GE技术文件）灰铁熔炼从冲天炉转向电炉之后，非合成铸铁配料，同样原材料，碳当量一样，电炉铁水强度性能总是不如冲天炉高，细查原因，在冶金原理上有不同，却没有任何资料可以学习和介绍，但是从成分上看，可以查出微量元素含量不同，特别是钛含量不同。冲天炉铁水钛含量与美国人要求一样，有时还更低，一般小于0.025%，而电炉铁水钛含量一般都在0.04-0.05%以上。之后学习，知道钛强烈结合氮，而氮可以强化基体，是影响灰铁强度的因素之一，而冶金质量不同，还没有可靠的解释。现在，国内专家在铸造技术会议上多次谈到，在灰铁中，要把氮作为合金元素来对待，使大家逐步认识到影响氮的合金元素，钛，甚至锆，都要注意控制。在铸铁中，随着氮含量增加，铸铁强度增加，直至含量超过150PPM以上出现气孔为止，铸铁强度提高很多。郝石坚在“现代铸铁学”一书中介绍，铸铁成分在：W（C ）3.12%，W(Si）1.35%，W（Mn)0.71%,W(S)0.09%,W(P)0.13%的铁水中随氮含量的增加，铸铁强度也逐步增加。见下表：（摘自郝石坚“现代铸铁”P307.翟启杰老师也有文章专门论述灰铁中的氮。）???? 氮对灰铸铁抗拉强度的影响含量?氮含量抗拉强度MPaPPM10.008%2878020.010014015%361150?该试验以加入氰化钠改变铁水氮含量，以0.3%硅钙孕育。大量合成铸铁配料在电炉熔炼灰铁中使用，以增碳剂配料加入，增加铁水碳含量，而带来铁水氮含量大大增加，特别是不好的增碳剂，氮含量极高，同时废钢加入很多，铁水氮含量综合累积，（加上孕育，树脂砂型芯）使铸件出现氮气孔问题，也在影响铸件质量。很多文章介绍他们在解决氮气孔缺陷时，加入钛或者锆的合金，成功克服了灰铁铸件的氮气孔，但是从氮增加铸件强度方面来看，加上目前大量铸造企业准确分析铁水氮含量困难，最终控制铁水氮在合理的含量不足，也存在问题。下表是最近看见章舟老师的一本书中介绍增碳剂的成分。里面谈到含有氢，氧有新意。氮含量过高，引起铸件产生气孔。氮进一步增加，出现裂隙状氮气孔。当然实际铸造，熔炼过程难免有其他气体溶入铁水，一旦有氢溶入，则产生气孔缺陷的氮最高含量要降低。一般要求氮含量不要超过120PPM。氮含量越高，灰铁强度越高，直至最后因气孔出现，强度突然降低。虽然氢含量同时作用，产生气孔缺陷，但其在铁水中的最高允许含量比氮含量低一个数量级，灰铁中主要引起气孔缺陷的，还是氮。国外铸件采购客户，在十多年前就要求检测灰铁中的氮含量，现在这些客户把灰铁铁水中氮含量检测要求，更加频繁。牧野机床铸件采购日本人，现在要求这个铸造工厂每月检测一次铁水氮含量。目前，大量灰铁铁水是以感应电炉熔炼，配料则多以合成铸铁，多加废钢和高温煅烧石油焦增碳剂，少用生铁配料。这种熔炼工艺情况下，一般氮含量在80-90PPM左右。今年6月份，在河南新乡一个铸造工厂，看见他们把检测灰铁氮含量，也作为常规检测。但是他们的氮含量经常在40-60PPM，感觉偏低。可是他们的灰铁力学性能也没有遇到很大问题。我曾经以60%废钢，30%回炉料，10%生铁配料合成铸铁，灰铁300.以前一直很稳定，钛含量一般小于0.025%左右.但是在一个常年使用硅-锆孕育剂的工厂，则连续2-3炉铁水力学性能不合格。（碳3.0，硅孕育前1.4，钛0