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[分享] 再谈如何合理地使用增碳剂

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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2020-6-22 13:25:58 | 显示全部楼层 |阅读模式

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           半个世纪以来,铸铁件的生产技术有了长足的进步,如在球铁生产中,ADI技术的成熟和高硅固溶强化铁素体球铁的推广,给球铁生产技术的发展注入了新的动力,而在灰铸铁的生产技术方面,我认为采用合成铸铁技术,应当是一个很大的技术进步,它与我们生产高强度高碳当量的铸铁件找到一条正确的途径,缩短了与国外先进国家的技术差距。

          合成铸铁生产技术就是改变了过去长期以来一直用生铁作为主要炉料成分的配料方法,而是不用生铁,或只用少量的生铁,主要采用废钢做主要炉料,配以增碳剂增碳来达到指定的化学成分和新的配料方法。新的配料方法与老方法相比,主要有一下三个方面优点:

            ①避免了新生铁遗传性;

            ②增碳剂增加了外来的石墨核心

            ③是废钢中的氮及从增碳剂中带进来的更多氮促进了珠光体和改变了石墨形态,但众多的介绍合成铸铁经验文献中,基本上都推荐要采用低氮低硫的幼稚石墨型增碳剂,其原因就是石墨型增碳剂能直溶增碳达度块,回收率高,因而在采用增碳剂时,只注意了石墨形态,含碳量,灰分和粒度,而不去关注增碳剂含氮量高低,常常把其中的氮作为影响铸件的气孔缺陷的原因而拒绝利用氮能增加铸件强度的有利条件,从而对利用增碳剂中的氮的有利作用。做了理论上的肯定,而实际上的否定,但在实际运用中增碳剂的生产厂家一改不进行氮含量的分析,在采用的技术条件上也没有对氮含量的分析,因而在增碳剂的含氮量及生产出的灰铸铁件中的氮处于一个失控的状态,因此尽管许多铸造厂也采取了高比例的废钢配比,也加入了2%左右的增碳剂,但所得结果,有的厂铸铁件中含氮量超高,产生氮气孔而使铸件报废,而大多数工厂生产出来的铸件性能仍然不高,本体强度难以稳定地满足HT250的要求,仍要采用低碳当量来提高强度。

           合理地选用增碳剂,掌控好其中的氮和硫就能稳定地生产出高强度高碳当量的铸铁件,根据资料和我们的实验室数据,氮在铸铁中最明显的作用就是稳定珠光体,而保证95%以上的珠光体是生产高强度的基本要求,氮在50-120ppm时能有效地抑制铁素体的生成,而当含量过高时有产生氮气孔的危险,我们控制厚大件的氮含量不超过80ppm,中小件不超过120ppm作为控制界限。而在不产生氮气孔的前提下,要尽量争取采用较高的氮含量已达到最大化地提高铸铁件强度,或者减少铜、锡、铬、等贵金属合金的加入量。在铸铁件中,当氮含量达到80ppm以上时,对于一般的中小铸件就能使其中的片状石墨变短,变粗,从直线的A型石墨变弯曲,且石墨尖端钝化,对于合成铸铁来讲,一般都能得到较多的A型石墨,而没有发现B型石墨,因此铸件的加工性能得以改善,氮对灰铸铁件的机械性能提高有显著影响,在合适的范围内提高氮含量就可提高抗拉强度,几乎成线性关系,我们的 实验数据是铸铁件中的氮含量每增加10ppm,其抗拉强度就可增加10-15Mpa,同时硬度也有所增加,但没抗拉强度那么明显。

           氮在控制范围内对铸铁件的有利影响,当然是氮在铸铁凝固冷却时,对石墨和基体的生成产生了有利影响,铸件强度的提高是通过金相组织的改善而获得的结论,通过实验,检测了氮在金相中的分布,结论是:

           ①氮使铸铁溶液的平衡和非平衡一次结晶温度降低,结晶多冷度增大,共晶转变的温度区间增大,氮对共析转变温度降低,转变温度区间增大,氮对共析转变温度的影响程度与铸铁的含碳量有关系,含碳量愈高,氮的影响愈显著。

           ②氮对石墨的形态、数量和分布都有影响,它使石墨长度缩短,弯曲程度增加,端部变钝,长宽比减小。

           ③氮对基体组织有显著影响,它使初生奥氏体一次轴变短,二次臂间距减少,使共晶团细化,珠光体数量增加,且珠光体和铁素体的显微硬度增加。

           ④测试了共晶转变后石墨表面氮的浓度,发现石墨表面有几个原子厚度的氮吸附层,石墨中氮的浓度明显高于基体,因此阻碍了石墨的长大,从而细化了共晶团组织,并使石墨在长大过程中晶格产生畸变,导致石墨弯曲和分支,也测定了加氮前后铁素体和渗碳体的晶格常数有明显增大,这是氮原子固溶在其中而使其畸变,从而提高了基体组织的强度和显微硬度。

           因此我们认为,在生产高强度高碳当量的合成铸铁生产中,增碳剂中的含氮量对改善铸铁金相组织和提高其机械性能起到了主要作用。我们不能避开它,而是要充分地利用它,有意识地将它作为一个有益的合金元素来加以利用,所以要合理地正确选择增碳剂,在铸铁生产中,可起增碳作用的增碳剂有好多种,通常使用的增碳剂有石墨型增碳剂,和部分石墨化增碳剂,煅烧石油焦和煅烧煤等品种。我们要根据铸件的种类,和对机械性能的要求来选择增碳剂,一般来说,如果我们生产球墨铸铁件,我们可选用石墨化型增碳剂,当铁液比较纯净时,也可以选用含氮量较低于1500ppm的煅烧石油焦或煅烧煤增碳剂,而当我们生产灰铸铁件,尤其是高强度的灰铸铁件时,基于前面所说的理由,如果选用了石墨化型的增碳剂不但冤枉地增加了生产成本,也失掉了利用增碳剂中的氮元素来起合金化的机会。而去采用降低碳当量的方法来保证机械性能,因而使铸件收缩性大,残余应力大,使用中精度降低,以及加工性能差等弊端。或者采用增加铜,锡,铬等稳定珠光体的贵重合金元素来保证珠光体含量及抗拉强度,这都不如合理利用增碳剂中氮来得有效和经济。所以这三年来,我们在对增碳剂和灰铸铁件中的氮进行可控的工艺操作下,稳定地生产出了HT250和HT300铸件,并且减少了铜,铬等元素含量,甚至不加铜等合金也能保证金相和强度要求,因此在灰铸铁件的生产中,我们提出最好不用石墨化型增碳剂,而首推采用部分石墨化,煅烧石油焦,或煅烧煤型增碳剂,部分石墨化和煅烧石油焦含固定碳高,溶解速度快,灰分低,而且有合适的氮含量,在条件比较好的工厂可以推荐选用。一般的小型铸造厂可采用煅烧煤增碳剂,它固定碳含量较低,但价格便宜,合理工艺操作,同样可得到增加抗拉强度,降低成本的目的。
                   
       (来源于互联网)
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    [LV.6]常住居民II

    发表于 2022-5-23 16:58:26 | 显示全部楼层
    学习了 虽然还有很多东西不懂
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    奋斗
    2022-11-27 08:27
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    [LV.5]常住居民I

    发表于 2022-7-23 08:56:23 | 显示全部楼层
    zclmary 发表于 2022-5-23 16:58
    学习了 虽然还有很多东西不懂

    同上 +1
  • TA的每日心情
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    2022-9-30 08:50
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    [LV.6]常住居民II

    发表于 2022-8-1 09:22:01 | 显示全部楼层
    牛!谢谢老师的分享,真是一语惊醒梦中人
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    [LV.Master]伴坛终老

     楼主| 发表于 2022-8-1 10:10:52 | 显示全部楼层
    zclmary 发表于 2022-5-23 16:58
    学习了 虽然还有很多东西不懂

    欢迎跟帖互动~
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    2022-9-7 16:47
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2022-9-14 09:52:29 | 显示全部楼层
    目前这种利用增碳剂氮来增加铁水氮含量的操作,在国内也比较普遍。
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    [LV.Master]伴坛终老

     楼主| 发表于 2022-9-14 14:19:54 | 显示全部楼层
    铸冶艺人 发表于 2022-9-14 09:52
    目前这种利用增碳剂氮来增加铁水氮含量的操作,在国内也比较普遍。

    也正是因为这样,半石墨化增碳剂才显得很有市场~
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    [LV.5]常住居民I

    发表于 2022-11-26 10:45:23 | 显示全部楼层
    学习了,非常感谢
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    [LV.Master]伴坛终老

     楼主| 发表于 2022-11-26 11:08:48 | 显示全部楼层
    铸冶艺人 发表于 2022-9-14 09:52
    目前这种利用增碳剂氮来增加铁水氮含量的操作,在国内也比较普遍。

    只是临界点比较难以控制~
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    2022-9-7 16:47
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2023-1-6 11:22:30 | 显示全部楼层
    IMG_5756.JPG 国内铸造工厂,充分利用氮强化灰铸铁300,不加铜铬等合金,只有0.04%的锡,碳当量3.80%以上,准确控制铁水氮含量在80-90ppm左右,实现的低应力机床铸件的力学性能和石墨,基体照片。
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2023-1-6 12:04:31 | 显示全部楼层
    铸冶艺人 发表于 2023-1-6 11:22
    国内铸造工厂,充分利用氮强化灰铸铁300,不加铜铬等合金,只有0.04%的锡,碳当量3.80%以上,准确控制铁水 ...

    “准确控制铁水氮含量在80-90ppm左右......”
    ——请教:这个"准确控制",在实际操作中是怎么实现的??
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    2022-9-7 16:47
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2023-1-6 12:15:44 | 显示全部楼层
    铁水熔清之后,检测氮含量,之后使用氮化铁合金,计算好吸收率,增加氮,使灰铸铁300铸件,3-5吨机床铸件,氮稳定的控制在80-90ppm.
    当然,原材料质量控制,熔炼工艺控制,铸型质量控制,都必须稳定。马老师说,准备组织去审核鉴定:高碳当量,高强度,低应力机床铸件的试验成果,他们目前已经稳定生产了100余炉次。
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2023-1-6 13:56:53 | 显示全部楼层
    铸冶艺人 发表于 2023-1-6 12:15
    铁水熔清之后,检测氮含量,之后使用氮化铁合金,计算好吸收率,增加氮,使灰铸铁300铸件,3-5吨机床铸件, ...

    再次请教:
    1、每炉铁水出炉前都检测氮含量?合格之后在出炉。
    2、氮化铁合金是氮化锰吗?含氮量多少?氮的吸收率又是多少?
    3、如果铁水中氮含量达到100PPM了,怎么降氮的??

    没有做过,所以很好奇想问一下
  • TA的每日心情
    开心
    2022-9-7 16:47
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2023-1-15 18:03:55 | 显示全部楼层
    1.文章中谈到氮在灰铸铁中溶解,其中溶解在石墨中的氮含量要比溶解在基体里面的氮更多一些。非常好!
    2.国内目前使用增碳剂增加灰铸铁氮和使用氮化铁合金最后调整氮两种控制灰铁氮含量的工艺方法。据调查,含氮铁合金里面氮的存在形式大部分是化合态,少量溶解态-即铁合金的铁中。而增碳剂里面的氮基本上都是溶解态。氮的这两种存在形式,在灰铁熔炼中,它们溶解进入铁水,哪一种更加稳定?
    3.目前氧氮仪检测的铁水氮含量是全氮含量-包括化合氮和溶解氮,据说有的工厂有仪器,能够检测出溶解氮。我们检测接触的是氮含量检测结果是全氮含量。一般怎么看:即合成铸铁配料,铁水纯净度高,则化合氮比较低,也比较稳定,变化多在溶解氮上?
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    2022-9-7 16:47
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2023-1-15 18:06:35 | 显示全部楼层
    高山流水 发表于 2023-1-6 13:56
    再次请教:
    1、每炉铁水出炉前都检测氮含量?合格之后在出炉。
    2、氮化铁合金是氮化锰吗?含氮量多少?氮 ...

    你的问题估计今年能够有结果。目前这个工厂试验了100余炉次,氮吸收逐步稳定。他们做了大量的试验工作,我知道一些,公开说不合适。对不起。
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    开心
    2022-9-7 16:47
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2023-1-15 18:13:28 | 显示全部楼层
    国内有一些工厂,使用增碳剂多数以石墨化低氮增碳剂配料合成铸铁,废钢50-60%左右,此时稳定生产条件下,铁水熔清时氮一般在50-60ppm。此时铸型问题,粘土砂含水分问题等等,也出现了铸件气孔,这种现象已经遇到好多家提出。
    个别工厂在铁水氮含量控制方面,确定的含量指标太高,比如最高确定在110ppm,他们偶尔出现大面积氮气孔缺陷。
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    开心
    2023-1-19 10:46
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    [LV.9]以坛为家II

    发表于 2023-1-18 22:36:08 | 显示全部楼层
    铸冶艺人 发表于 2023-1-6 11:22
    国内铸造工厂,充分利用氮强化灰铸铁300,不加铜铬等合金,只有0.04%的锡,碳当量3.80%以上,准确控制铁水 ...


    HT300,本体硬度183HB,合格吗?
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