Ve slévárenském průmyslu kvalita nauhličovacích činidel přímo ovlivňuje kvalitu roztaveného železa, výkon odlévání a konečnou cenu. Dusík a síra jsou dva velmi kritické prvky a jejich účinky jsou složité a vyžadují přísnou kontrolu.
I. Účinky dusíku (N): Dvojsečný-meč
Dusík má v roztaveném železe dvojí roli a jeho vliv závisí na složení roztaveného železa, rychlosti ochlazování a konečném obsahu dusíku.
1. Pozitivní účinky (příznivé účinky za mírných a kontrolovaných podmínek):
• Zpevnění feritu: Dusík se rozpouští ve feritu, hraje roli při zpevňování pevného roztoku a mírně zvyšuje pevnost litiny.
• Stabilizace austenitu: Pomáhá stabilizovat strukturu austenitu.
• Podpora tvorby karbidu: V kombinaci s určitými prvky může podporovat tvorbu perlitu, zvyšuje pevnost a tvrdost.
• Jako legující prvek: V některých -kvalitních šedých litinách nebo tvárné litině může vhodné množství dusíku vytvářet drobné nitridy s hořčíkem, vápníkem atd., které působí jako zárodky pro krystalizaci grafitu, rafinaci grafitu, zlepšení morfologie grafitu, a tím zlepšení mechanických vlastností materiálu.
2. Negativní účinky (nebezpečí, když je obsah příliš vysoký nebo jsou nepříznivé podmínky):
• Tvorba dusíkových pórů (děrků): Toto je nejsmrtelnější nebezpečí dusíku. Když je obsah rozpuštěného dusíku v roztaveném železe příliš vysoký, rozpustnost dusíku během procesu tuhnutí odlitku prudce klesá. Přesycený dusík se sráží ve formě bublinek a vytváří podkožní póry nebo jemné, rozptýlené póry. Tyto póry vážně zhoršují hustotu, mechanické vlastnosti a kvalitu povrchu odlitku.
• Indukce lomového grafitu (deformace grafitu vyvolaná dusíkem{0}}): V hypereutektické šedé litině vede nadměrně vysoký obsah dusíku k abnormálnímu růstu vloček grafitu, vytváření ostrých morfologií lomu grafitu, které vážně porušují matrici, což drasticky snižuje pevnost a houževnatost odlitku, zejména rázovou houževnatost a odolnost proti únavě.
• Zvýšená křehkost odlévání: Nadměrné nitridy zvyšují křehkost materiálu.
Nauhličovací činidla jsou jedním z hlavních zdrojů dusíku v roztaveném železe. Zejména při použití vsázky do pece s vysokým podílem ocelového šrotu obsahuje ocelový šrot sám o sobě dusík, a pokud má nauhličovací činidlo vysoký obsah dusíku (např. některá nauhličovací činidla pro ropný koks), může snadno dojít k nadměrnému obsahu celkového dusíku v roztaveném železe.
II. Vliv síry (S): Od „škodlivého“ k „užitečnému“
Vliv síry se mezi šedou litinou a tvárnou litinou zásadně liší.
1. V šedé litině:
• Tradiční pohled (škodlivý): Síra tvoří sulfid železa s nízkým{0}}bodem tání- (FeS), distribuovaný na hranicích zrn, zvyšuje křehkost odlitků za tepla, snižuje tekutost a podporuje smršťování. Obecně je považován za škodlivý prvek a je třeba jej kontrolovat.
• Moderní chápání (středně prospěšné): Vhodné množství síry (obecně doporučeno 0,06 %-0,12 %) se může kombinovat s manganem za vzniku částic sulfidu manganu (MnS) s vysokým-bodem tání. Tyto částice mohou působit jako zárodky pro tvorbu grafitu, podporují grafitizaci, zušlechťují grafit, a tím zlepšují pevnost a tvrdost šedé litiny. Proto v moderních procesech odlévání není nižší obsah síry vždy lepší; spíše je třeba ji stabilizovat ve vhodném rozmezí.
• Úloha nauhličovacích činidel: Pokud nauhličovací činidlo obsahuje příliš mnoho síry, způsobí drastické kolísání obsahu síry v roztaveném železe, což znesnadní kontrolu. Stabilní karburační činidla s nízkým-sirným obsahem jsou základem pro výrobu-kvalitní šedé litiny.
2. V tvárné litině:
• Vysoce škodlivý prvek: Síra je „nepřítelem číslo jedna“ tvárné litiny. Síra má velmi silnou afinitu ke sféroidizačním činidlům (jako je Mg, Ce atd.) a bude přednostně reagovat se sferoidizačními činidly za vzniku sulfidů (jako je MgS), spotřebovává velké množství cenných sféroidizačních činidel a vede k degradaci sféroidizace.
• Poškození sféroidizace grafitu: Po spotřebování sféroidizačního činidla bude zbytková síra interferovat s sféroidním růstem grafitu, což povede k deformaci grafitových sféroidů, snížení počtu grafitových sféroidů a vzhledu vločkového grafitu, což výrazně zhorší mechanické vlastnosti.
• Riziko vměstků: Zvýšená tvorba sulfidové strusky zvyšuje riziko defektů vměstků.
• Přísné požadavky na nauhličovače: Při výrobě tvárné litiny se proto musí používat nauhličovače s extrémně nízkým obsahem síry (typicky S < 0,05 %, vysoce-kvalitní vyžadují < 0,02 %), aby se snížil obsah síry v surovém železe a zajistil se sféroidizační efekt a stabilita.
III. Doporučení pro slévárenské podniky:
1. Ujasněte si potřeby: Nejprve určete, zda chcete vyrábět šedou litinu nebo tvárnou litinu, a cílovou třídu.
2. Přísná kontrola surovin: Nauhličovače spravujte jako důležité procesní materiály spíše než běžné pomocné materiály. Stanovte jasné a přísné standardy nákupu pro jejich obsah dusíku a síry.
3. Upřednostněte vysoce-kvalitní karburátory:
• Grafitizované nauhličovače: Vyrobeny z grafitových elektrod nebo zbytků, mají vysoký obsah uhlíku, extrémně nízký obsah síry a dusíku a vysokou míru absorpce, což z nich dělá nejlepší volbu pro výrobu -kvalitní litiny (zejména tvárné litiny a vysoce{1}}šedé litiny), ale jsou dražší.
• Nauhličovače pro vysokoteplotní kalcinovaný ropný koks: Po důkladné kalcinaci jsou výrazně sníženy obsahy síry, dusíku a těkavých látek, což nabízí vysokou-efektivitu nákladů a činí z nich široce používanou střední-až{3}}vysokou-skupinu.
• Vyhněte se používání: Nekalcinovaný nebo lehce kalcinovaný ropný koks nebo rekarbonizátory na{0}}uhelné bázi, protože jejich vysoký obsah síry, dusíku a těkavých látek snadno vede k vadám odlitku.
Posílení monitorování procesu: Pravidelně provádějte analýzu roztaveného železa před-pecní analýzou (např. spektrální analýzu), abyste mohli sledovat změny v obsahu dusíku a síry, což umožňuje včasné úpravy procesu.
Stručně řečeno, dusík a síra v rekarburizátorech jsou hlavními proměnnými určujícími stabilitu kvality odlitků. Vědeckým výběrem a řízením kvality rekarburizátorů lze účinně zabránit velkým defektům, jako je poréznost, deformace grafitu a špatná sféroidizace, a zlepšit tak kvalitu odlévání a efektivitu výroby.
