石墨增碳剂如何合理地使用

石墨增碳剂如何合理地使用
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，配以石墨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、石墨增碳剂增加了外来的石墨核心

3、是废钢中的氮及从石墨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石墨增碳剂，其原因就是石墨型石墨增碳剂能直溶增碳达度块，回收率高，因而在采用石墨增碳剂时，只注意了石墨形态，含碳量，灰分和粒度，而不去关注石墨增碳剂含氮量高低，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，从而对利用石墨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，但在实际运用中石墨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，因而在石墨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%左右的石墨增碳剂，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。

房县天龙石墨碳业在近三年来，一直在宣传要利用石墨增碳剂中的氮有利作用，并且帮助了很多厂，在时间中利用石墨增碳剂中氮和硫，稳定地成批生产了HT250，HT300的铸铁件，合理地选用石墨增碳剂。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，石墨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石墨增碳剂，在铸铁生产中，可起增碳作用的石墨增碳剂有好多种，通常使用的石墨增碳剂有石墨型石墨增碳剂，和部分石墨化石墨增碳剂，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石墨增碳剂，一般来说，如果我们生产球墨铸铁件，我们可选用石墨化型石墨增碳剂，当铁液比较纯净是，也可以选用含氮量较低于1500ppm的煅烧石油焦或煅烧煤石墨增碳剂，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石墨增碳剂不但愿望地增加了生产成本，也失掉了利用石墨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，这都不如合理利用石墨增碳剂中氮来得有效和经济。所以这三年来，百铸网和多家铸铁生产企业合作，在对石墨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，我们提出好不用石墨化型石墨增碳剂，而首推采用部分石墨化，煅烧石油焦，或煅烧煤型石墨增碳剂，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石墨增碳剂，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，下面还要讨论一下灰铸铁件所用的石墨增碳剂中的硫含量问题。

有的灰铸铁件生产企业，在提出的采购石墨增碳剂的技术条件上，要求较低的硫含量，我们认为这种要求是没有道理的，因为大家知道，自从采用合成铸铁以来，由于大量采用废钢，而使融化的铁液含硫量低于0.05%以下，因而产生了铸铁孕育不良，影响了合成铸铁的质量因而伴随而来的发展了增硫工艺，得意事合成铸铁得以发展，所以近半个世纪以来，在灰铸铁件的生产中，大量采用废钢加石墨增碳剂工艺及赠刘工艺，加上良好的孕育这是当前稳定生产高端灰铸铁件必需而充分的工艺措施，所以凡是容量出来的铁液低于0.05-0.10%的合理范围，所以一方面限制石墨增碳剂中的硫不能搞，另一方面又特意用石墨增碳剂来增加硫，显得在道理上是矛盾的。所以我们提出用在铸铁石墨增碳剂中的含硫量控制在0.5%是合理的，在炉料配料中如果我们采用2%的石墨增碳剂加入量，则铁液的增硫量只有0.01%，增加硫量有限，一般情况下，还必需加一定量的硫化铁才能保证铁液的含硫量要求，所以更低地降低石墨增碳剂中的含硫量要求是不必要的，也是不合理的。

因此，合适的灰铸铁件采用石墨增碳剂，应当将含氮量控制在一个既能提高铸铁强度，而又不产生氮气孔的范围，我们在控制上将其控制在一个保险的上限下，如果铸铁强度还不理想，还没有达到应有的高度时，我们可采用这种含氮的增强孕育剂来增加氮含量，达到提高铸铁强度的目的，而在硫的含量下，完全可以允许较高的含硫量，以保证良好的铸铁孕育效果。