В литейной промышленности качество науглероживателей напрямую влияет на качество расплавленного чугуна, производительность литья и конечную стоимость. Азот и сера — два очень важных элемента, их воздействие сложное и требует строгого контроля.
I. Эффекты азота (N): палка о двух концах-
Азот играет двойную роль в расплавленном железе, и его влияние зависит от состава расплавленного железа, скорости охлаждения и конечного содержания азота.
1. Положительные эффекты (благоприятные эффекты в умеренных и контролируемых условиях):
• Упрочнение феррита: Азот растворяется в феррите, играя роль в упрочнении твердого раствора и слегка повышая прочность чугуна.
• Стабилизация аустенита: помогает стабилизировать структуру аустенита.
• Способствует образованию карбидов: в сочетании с определенными элементами может способствовать образованию перлита, увеличивая прочность и твердость.
• В качестве легирующего элемента: в некоторых высококачественных-серых чугунах или ковких чугунах соответствующие количества азота могут образовывать крошечные нитриды с магнием, кальцием и т. д., действуя как зародыши для кристаллизации графита, очищая графит, улучшая морфологию графита и тем самым улучшая механические свойства материала.
2. Негативные последствия (опасности при слишком высоком содержании или неблагоприятных условиях):
• Образование азотных пор (точек): Это самая смертельная опасность азота. Когда содержание растворенного азота в расплавленном чугуне слишком велико, растворимость азота резко снижается в процессе затвердевания отливки. Пересыщенный азот выпадает в осадок в виде пузырьков, образующих подкожные поры или мелкие дисперсные поры. Эти поры серьезно ухудшают плотность, механические свойства и качество поверхности отливки.
• Индукция растрескивающегося графита (деформация графита, вызванная азотом-): в заэвтектическом сером чугуне чрезмерно высокое содержание азота приводит к аномальному росту графитовых чешуек, образуя острые трещиноватые морфологии графита, которые сильно разрушают матрицу, резко снижая прочность и ударную вязкость отливки, особенно ударную вязкость и усталостную прочность.
• Повышенная хрупкость отливки. Чрезмерное содержание нитридов повышает хрупкость материала.
Науглероживающие агенты являются одним из основных источников азота в расплавленном чугуне. Особенно при использовании шихты с высокой долей стального лома стальной лом сам по себе содержит азот, и если науглероживающий агент имеет высокое содержание азота (например, некоторые науглероживающие агенты нефтяного кокса), это может легко привести к избыточному общему содержанию азота в расплавленном чугуне.
II. Влияние серы (S): от «вредного» к «полезному»
Влияние серы принципиально различается для серого чугуна и ковкого чугуна.
1. В сером чугуне:
• Традиционный взгляд (вреден): сера образует сульфид железа с низкой-точкой плавления-с низкой температурой плавления (FeS), который распределяется по границам зерен, повышая горячеломкость отливок, снижая текучесть и способствуя усадке. Обычно он считается вредным элементом и его необходимо контролировать.
• Современное понимание (умеренно полезно): Соответствующее количество серы (обычно рекомендуется 0,06%-0,12%) может соединяться с марганцем с образованием частиц сульфида марганца (MnS) с высокой-точкой плавления. Эти частицы могут действовать как зародыши образования графита, способствуя графитизации, рафинированию графита и, таким образом, улучшая прочность и твердость серого чугуна. Следовательно, в современных процессах литья более низкое содержание серы не всегда лучше; скорее, его необходимо стабилизировать в подходящем диапазоне.
• Роль науглероживателей: если науглероживающий агент содержит слишком много серы, это вызовет резкие колебания содержания серы в расплавленном железе, что затруднит контроль. Стабильные науглероживающие агенты с низким-с низким содержанием серы являются основой для производства высококачественного-серого чугуна.
2. В ковком чугуне:
• Очень вредный элемент: сера – «враг номер один» ковкого чугуна. Сера имеет очень сильное сродство к сфероидизирующим агентам (таким как Mg, Ce и т. д.) и будет преимущественно реагировать с сфероидизирующими агентами с образованием сульфидов (таких как MgS), потребляя большое количество ценных сфероидизирующих агентов и приводя к деградации сфероидизации.
• Нарушение сфероидизации графита: после потребления сфероидизирующего агента остаточная сера будет мешать сфероидальному росту графита, что приводит к деформации сфероида графита, уменьшению количества сфероидов графита и появлению чешуйчатого графита, что серьезно ухудшает механические свойства.
• Риск включений: Повышенное образование сульфидного шлака увеличивает риск дефектов включений.
• Строгие требования к науглероживателям: поэтому при производстве ковкого чугуна необходимо использовать науглероживания с чрезвычайно низким содержанием серы (обычно S < 0,05 %, для высококачественных науглероживателей требуется < 0,02 %), чтобы снизить содержание серы в сыром чугуне и обеспечить эффект сфероидизации и стабильность.
III. Рекомендации для литейных предприятий:
1. Уточнение потребностей: во-первых, определите, следует ли производить серый чугун или ковкий чугун, а также целевую марку.
2. Строгий контроль сырья: относитесь к науглероживателям как к важным технологическим материалам, а не как к обычным вспомогательным материалам. Установите четкие и строгие стандарты закупок по содержанию азота и серы.
3. Отдавайте предпочтение высококачественным-науглероживателям:
• Графитированные науглероживания. Изготовленные из графитовых электродов или отходов, они имеют высокое содержание углерода, чрезвычайно низкое содержание серы и азота, а также высокую скорость абсорбции, что делает их лучшим выбором для производства чугуна высокого-качества (особенно ковкого чугуна и высокосортного серого чугуна-), но они более дорогие.
• Высокотемпературные науглероживания-обожженного нефтяного кокса: после тщательного прокаливания содержание серы, азота и летучих веществ значительно снижается, что обеспечивает высокую-экономическую эффективность и делает их широко используемым выбором среднего---высокого-класса.
• Избегайте использования: Непрокаленного или слегка прокаленного нефтяного кокса или науглероживателей на основе-угля, поскольку высокое содержание в них серы, азота и летучих веществ легко приводит к дефектам отливки.
Улучшите мониторинг процесса: регулярно проводите пред-анализ расплавленного чугуна (например, спектральный анализ) для отслеживания изменений содержания азота и серы, что позволяет своевременно корректировать процесс.
Таким образом, азот и сера в науглероживателях являются основными переменными, определяющими стабильность качества отливки. Путем научного выбора и контроля качества науглероживания можно эффективно избежать таких серьезных дефектов, как пористость, деформация графита и плохая сфероидизация, улучшая качество литья и эффективность производства.
