氮在灰铸铁中的产业化应用现状及原因分析

      从上个世纪五十年代开始至今，国内外众多的教授、学者、专家研究了氮在灰铸铁中的强度、硬度的作用机理及成本优势等，以及近年来进一步发现氮在铸铁中具有优异的综合使用性能。既然这样，为什么氮还是没有大量应用于铸造生产呢?

制约N在灰铸铁中批量生产应用的因素分析

      (1)没有合适的N源:

      氮化铬铁N的吸收率低，但往往造成Cr含量超标; 氮化锰因熔点高， N吸收率不稳定，影响生产效率并容易导致 Mn 含量超标;尿素熔点太低无法控制;赤血盐会造成有害的氰化物;向铁水中吹氮气，增氮的时间长，不满足生产节拍。增碳剂中含有氮，由增碳剂带入N较理想，但目前增碳剂中的 N 含量差异很大，且没有形成标准，就没有非常合适的增碳剂批量应用于实际生产中。

2) 没有相应的检测手段;

由于N 在铁水中属于微量，往往低于100PPM，很多铸造单位都没有检测该元素的能力，更无从控制。

(3) 认识上的误区:

大量的文章阐述了氮的来源、氮气孔特征、氮气孔的危害与防止……。导致大家“谈氮色变”，基本是“欲除之而后快”。

(4) 粗放的产业链合作模式抑制了氮的价值发挥(供求合作关系):增氮原材料的供求，属于产业链前端的粗放式合作。但是，增氮工艺的应用涉及原料类型、回炉料、熔炼配料、铸造工艺方式、供需双方数据分享、趋势协同管理等，需改变长期以来的原材料与铸造工厂粗放的模式，用精细紧密的产业链后端合作模式所取代。

应用调氮增碳剂的注意事项

在作好相关的管理工作后，采用增碳剂增氮是一种有效的、可行的方法:

首先，用增碳剂作为氮的载体对铁水进行增氮，当铁水中氮含量不足时，再用调氮的合金进行调整，这种操作方式在成本上、操作的便利性上是可行的。

第二，调氮增碳剂有速熔型和通用型，速熔型具有与石墨化增碳剂一样的易熔特点，能适用于大部分产品，成本略高于通用型;通用型适用于所有灰铸铁产品，区别于石墨化增碳剂的加料及送电方式，也能满足正常的生产节奏。

第三，由于氮是随增碳剂带入的，熔炼的配方不要随意变动的;若要变动，需选择对应氮含量增碳剂的型号。

第四，有条件的工厂每炉检测铁水，定期对回炉料、产品的氮含量进行检测，建立数据库;没有条件的工厂，初期通过严格配料管理，杜绝随意配料，定期送样检测(专业单位或原材料供应商)，也可以对铁水的氮含量进行管理。但是，长期生产还是应配在线检测设备。

第五，为保证增氮工艺的产业化应用，杜绝粗放式的管理。一方面，铸造工厂管理好容易引起氮气孔的其它因素，把增氮作为主变量;另一方面，与有实力的供应商合作，把增碳剂的氮含量波动范围控制在500PPM内。

7总结与展望

从上述案例中可以看出，利用调氮增碳剂向铁水中增氮有很广阔的工艺适用范围;对于汽车、机床类产品也很适用，不但解决了轻量化带来的技术难题，还在材质的稳定性、均匀方面有不俗表现;随着应用的深入，更多的优异性能将会被发现，还有更多在应用上的特性等去研究和分析。

7.1利用调氮增碳剂的优势总结如下:

(1)提升材质的均匀性。改善发动机、制动系统铸件强度、硬度等均匀性，减小50%的偏差;(2)减少或消除分散性疏松、缩松。在轻量化铸件设计中，孤立的热节加上高强度的材质要求，合金化的工艺给一些产品造成的缩松成了难以解决的难题。增加氮含量，降低合金、提高CE，在解决这类问题上实现了技术突破;

(3)改善摩擦铸铁件的导热与强度问题。改善制动鼓类铸件导热性好、耐摩擦且强度高的综合使用性能:

(4)提升产品性能、降低生产成本。同等铁水成分条件下，产品强度提高20~40MPa、硬度提高10~20HB;同等性能要求下，通过降低合金含量，HT250铸件每吨节约150~200元，HT300铸件每吨节约200-300元;

(5)可操作性好，安全可靠。不增加环境负担，无新增有毒有害的气体等;

(6)工艺性好，满足各种产品的生产，不担心合金元素超差的问题。合成铸铁铁水中增碳量大，增碳剂加入多，随增碳剂增氮，不会象氮化金属合金一样带入多余的金属元素:且增碳、增硫、增氮一并完成，生产效率高:

(7)增氮成本低。不涉及多余的增氮成本，材料选型得当，还可以节约硫铁的使用。

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