赵鲁生铸铁熔炼中氮钛影响的经历for百铸网

灰铁熔炼中氮，钛影响的经历赵鲁生

随着国内合成铸铁技术的发展，我国的铸铁熔炼工艺水平和铸铁件的材质都上了一个新台阶。对于废钢增碳工艺提高铸铁的力学性能，一般认为有三个原因：1、减少了生铁的遗传；2、增碳剂增加了外来石墨核心；3、废钢和增碳剂中的氮有促进珠光体的作用。所以氮在铸铁中起到的作用越来越引起的大家的重视。越来越多的文章介绍了氮的作用，下面从本人在工厂的实际生产过程中所遇到问题来阐述下氮在铸铁中的作用。

03年开始，公司在生产日本牧野机床铸件时，日本人对冲天炉熔炼的灰铁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。

对于为什么要求检测氮含量，当时还没有弄清是什么原因。06年初，公司新工厂开始使用感应电炉熔炼，而老厂依然使用冲天炉熔炼。在新工厂生产过程中电炉使用的生铁，废钢等原材料与老厂完全一样，成分控制也基本相同但是HT300电炉生产的铸件力学性能却低于冲天炉生产的铸件。

在改变孕育、增加硫含量等措施之后，铸件性能依然没有改善，最后只好通过降低碳含量，来提高电炉灰铁300的力学性能。把原来的含碳量从3.2%-3.3%减低为2.9%-3.0%。其余成分不变。从而使铸件的性能达到了要求。表1为冲天炉及电炉的成分。

将该工厂一个月的化学成分分析后发现，冲天炉铁水的钛含量一般低于0.025%，而电炉铁水的钛含量在0.04-0.06%。钛含量不同是表面现象，实质问题是过多的钛和氮发生了反应，消弱了氮的作用从而影响了铸件的力学性能。从而就把钛含量作为常规元素来进行控制。09年，在生产美国GE公司灰铁汽缸体铸件时，美国人也要求铁水检测氮和其他微量元素，如钛，铅等。其中钛含量要求小于等于0.025%，氮含量要求60-120PPM。

灰铁熔炼从冲天炉转向中频炉电炉之后，采用非合成铸铁配料，同样原材料，碳当量一样，电炉生产的铸件机械性能总是不如冲天炉生产的铸件高，从成分上看，微量元素含量的不同，特别是钛含量的不同是其中的关键。冲天炉铁水的钛含量一般小于0.025%，而电炉铁水的钛含量一般都在0.04-0.05%以上。由于钛强烈结合氮，而氮对基体有强化作用，从而降低了灰铁的强度。

现在普遍认为在灰铁中，要把氮作为合金元素来对待。同时大家也认识到钛、锆等元素会影响到氮的作用。在铸铁中，随着氮含量的增加，铸铁强度增加。但是在含量超过1150PPM时则会出现气孔缺陷。下表是其他元素不变的情况下随着氮含量的不同，铸件性能的变化。郝石坚“现代铸铁学”书中图表：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。

合成铸铁的生产增碳剂必不可少，除了废钢引入的氮，增碳剂中的氮也是铁水中氮的主要来源。特别是不好的增碳剂，氮含量极高，从而导致铁水氮含量超标，使铸件出现氮气孔问题，也在影响铸件质量。一些文章介绍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缺陷。以下是常见增碳剂的成分：

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，现在客户对灰铁氮含量检测要求的频次有所增加。牧野机床铸件日本采购客户，现在要求每月检测一次铁水氮含量。目前，大量灰铁铁都是采取感应电炉生产的合成铸铁。采取多加废钢和高温煅烧石油焦增碳剂，少用生铁配料。在这种熔炼工艺情况下，一般氮含量在80-90PPM左右（日本技术人员要求）。

一家公司以60%废钢，30%回炉料，10%生铁配料生产HT300.钛含量一般小于0.025%左右.但在使用硅-锆孕育剂时却连续2-3炉铁水力学性能不合格。（碳3.0，硅孕育前1.4，钛0.02）。而改为硅-钡-钙孕育剂后，力学性能从270达到了350MPa。产生这种变化的原因则是锆的固氮作用比钛还要强，从而消弱了氮的强化作用。所以当生产高牌号铸铁件时，就可考虑利用氮的有利作用，在钛含量小于0.025%情况下，尽可能提高氮的含量，上限为100PPM左右。由于低的含氮量对铸铁没有坏的影响，所以也就没有人去认真的去确定其准确的下限，而是把含氮量的上限作为了主要关注点，因为当含氮量超过某一上限时，由于氮致气孔的废品常常很高，有的高到60%以上，甚至全部报废，有时它像传染病一样，废品率越来越高。

结论及铸铁熔炼建议：1、氮可有效地提高铸铁的机械性能，认为在合成铸铁中氮起了主导作用，从而应当把氮做为一个有益的元素有意识的加以利用。2、应根据生产的铸件材质和牌号，合理的选择增碳剂的种类，建议生产灰铸铁时采用含氮小于200ppm左右的高温煅烧石油焦增碳剂，而生产球墨铸铁时，尤其是生产高韧性的铁素体球墨铸铁时，应当采用低S低氮的石墨型增碳剂。

3、应有效的控制铸铁内的氮在一个确定的范围内，一般中小铸铁件，将氮控制在60-100ppm内是合理的，对铸铁来讲，既有效又安全。4、当氮超过上限，并产生了氮气孔时，可加入Ti、Zr、等元素来中和氮的有害影响。国内多采用加入TiFe来消除铸件的氮气孔，但是最终钛含量不要高于0.025%。钛高于0.05%时，灰铁性能肯定影响明显。而氮含量高低，以及受其他元素影响的道理,一是受检测手段限制，

二是理论介绍不多，实际工作中，还有异常现象，无法解释。三是从理论上说，氮含量分为溶解氮和化合氮，溶解氮能够提高强度，化合氮作用不大，而目前了解的氮含量分析是全氮含量，即包括溶解氮和化合氮。

5、灰铁熔炼从冲天炉转变为感应电炉之后，主要差别是冶金质量和微量元素含量不同。而冶金质量不同，理论解释不多，带来我们炉前操作上的新变化是增加结晶核心的各种操作和出炉前的预处理。微量元素含量不同的影响，促使我们采用合成铸铁工艺或使用高纯生铁配料。6、去年，二汽万仁芳老师在张家界会议的报告，提出了灰铁熔炼的一种操作，就是流水线生产，10吨电炉分多次出炉铁水，每次出铁后，炉内马上加入一些相同牌号的回炉料，来降低炉内温度，等到下一包铁水要出炉时，在马上升温到工艺规定的要求出炉。这是二汽长期使用电炉熔炼灰铁总结出来的经验，值得我们认真学习。7、那么感应电炉熔炼铁水，如何使其冶金特性接近冲天炉铁水？近几年铸造工作者提出以下一些在使用的方法：感应电炉的功率密度配置比较大，保证熔炼时间缩短，即要快速熔炼。（沧州工厂10吨熔炼要3-4小时）。严禁铁水在平衡温度以上的高温保温时间过长，减少高温下石墨结晶核心的减少。生产中如果需要把铁水分几次出炉，铁水在炉内保存时间过长，则以增加铁水石墨核心的各种处理措施来对铁水做“预处理”。一般来讲，大件铸造车间，一炉铁水温度成分合格之后，都是马上出炉，或一包出完，或分2-3包出完，马上浇注铸件。而流水线铸造车间，如果炉子配置较大，要分几次出完铁水。（20吨铁水浇注一天10吨炉子分4次出完，等