V livarski industriji kakovost sredstev za naogljičenje neposredno vpliva na kakovost staljenega železa, učinkovitost ulivanja in končne stroške. Dušik in žveplo sta zelo kritična elementa, njuni učinki pa so kompleksni in zahtevajo strog nadzor.
I. Učinki dušika (N): dvorezen meč-
Dušik ima v staljenem železu dvojno vlogo, njegov vpliv pa je odvisen od sestave staljenega železa, hitrosti ohlajanja in končne vsebnosti dušika.
1. Pozitivni učinki (Koristni učinki, v zmernih in nadzorovanih pogojih):
• Okrepitev ferita: Dušik se raztopi v feritu, igra vlogo pri utrjevanju trdne raztopine in nekoliko poveča trdnost litega železa.
• Stabiliziranje avstenita: pomaga stabilizirati strukturo avstenita.
• Spodbujanje tvorbe karbida: v kombinaciji z nekaterimi elementi lahko spodbuja tvorbo perlita, s čimer poveča moč in trdoto.
• Kot legirni element: v nekaterih visoko{0}}sivih litinah ali nodularni litini lahko ustrezne količine dušika tvorijo drobne nitride z magnezijem, kalcijem itd., ki delujejo kot jedra za kristalizacijo grafita, rafinirajo grafit, izboljšajo morfologijo grafita in tako izboljšajo mehanske lastnosti materiala.
2. Negativni učinki (nevarnosti, ko je vsebnost previsoka ali neugodni pogoji):
• Tvorba dušikovih por (luknjic): To je najbolj smrtonosna nevarnost dušika. Ko je vsebnost raztopljenega dušika v staljenem železu previsoka, se topnost dušika med postopkom strjevanja ulitka močno zmanjša. Prenasičen dušik se izloča v obliki mehurčkov, ki tvorijo podkožne pore ali drobne, razpršene pore. Te pore resno poslabšajo gostoto, mehanske lastnosti in kakovost površine ulitka.
• Indukcija zdrobljenega grafita (z-dušik povzročena deformacija grafita): v hiperevtektični sivi litini prekomerno visoka vsebnost dušika povzroči nenormalno rast grafitnih kosmičev, ki tvorijo ostre, zlomljene morfologije grafita, ki močno počijo matriko, kar drastično zmanjša trdnost in žilavost ulitka, zlasti udarno žilavost in odpornost proti utrujenosti.
• Povečana krhkost ulitka: Prekomerni nitridi povečajo krhkost materiala.
Sredstva za naogljičenje so eden glavnih virov dušika v staljenem železu. Zlasti pri uporabi polnjenja peči z visokim deležem odpadnega jekla odpadno jeklo samo po sebi vsebuje dušik in če ima sredstvo za naogljičenje visoko vsebnost dušika (kot so nekatera sredstva za naogljičenje naftnega koksa), lahko to zlahka povzroči prekomerno skupno vsebnost dušika v staljenem železu.
II. Vpliv žvepla (S): od "škodljivega" do "koristnega"
Vpliv žvepla se med sivo in nodularno litino bistveno razlikuje.
1. V sivi litini:
• Tradicionalni pogled (škodljivo): žveplo tvori železov sulfid z nizkim-tališčem-točke (FeS), porazdeljen na mejah zrn, kar povečuje vročo krhkost ulitkov, zmanjšuje fluidnost in spodbuja krčenje. Na splošno velja za škodljiv element in ga je treba nadzorovati.
• Sodobno razumevanje (srednje koristno): ustrezne količine žvepla (splošno priporočeno 0,06 %-0,12 %) se lahko povežejo z manganom, da tvorijo delce manganovega sulfida (MnS) z visokim-tališčem. Ti delci lahko delujejo kot jedra za tvorbo grafita, spodbujajo grafitizacijo, rafinirajo grafit in tako izboljšajo trdnost in trdoto sive litine. Zato pri sodobnih postopkih litja nižja vsebnost žvepla ni vedno boljša; temveč ga je treba stabilizirati v ustreznem območju.
• Vloga sredstev za naogljičenje: Če sredstvo za naogljičenje vsebuje preveč žvepla, bo povzročilo drastična nihanja v vsebnosti žvepla v staljenem železu, kar oteži nadzor. Stabilna sredstva za naogljičenje z nizko -žveplom so osnova za proizvodnjo visoko{2}}kakovostne sive litine.
2. V nodularnem železu:
• Zelo škodljiv element: Žveplo je "sovražnik številka ena" nodularne litine. Žveplo ima zelo močno afiniteto do sferoidizacijskih sredstev (kot so Mg, Ce itd.) in bo prednostno reagiralo s sferoidizirajočimi sredstvi, da tvorijo sulfide (kot je MgS), pri čemer porabi veliko količino dragocenih sferoidizacijskih sredstev in vodi do degradacije sferoidizacije.
• Poškodba sferoidizacije grafita: po zaužitju sredstva za sferoidizacijo bo preostalo žveplo oviralo sferoidno rast grafita, kar bo povzročilo deformacijo grafitnih sferoidov, zmanjšano število grafitnih sferoidov in pojav kosmičev grafita, kar močno poslabša mehanske lastnosti.
• Nevarnost vključkov: povečana tvorba sulfidne žlindre poveča tveganje vključkov.
• Stroge zahteve za naprave za naplinjanje: zato je treba pri proizvodnji nodularne litine uporabljati naprave za naplinjanje z izjemno nizko vsebnostjo žvepla (običajno S < 0,05 %, visoko{1}}kakovostne zahtevajo < 0,02 %), da se zmanjša vsebnost žvepla v surovem železu in zagotovi učinek sferoidizacije in stabilnost.
III. Priporočila za livarska podjetja:
1. Pojasnite potrebe: najprej določite, ali želite proizvajati sivo lito železo ali nodularno lito, in ciljni razred.
2. Strogo nadzirajte surovine: Upravljajte s karburizatorji kot s pomembnimi procesnimi materiali in ne z navadnimi pomožnimi materiali. Vzpostavite jasne in stroge standarde nabave za vsebnost dušika in žvepla.
3. Dajte prednost visoko{1}}kakovostnim karburizatorjem:
• Grafitizirani karburizatorji: narejeni iz grafitnih elektrod ali ostankov, imajo visoko vsebnost ogljika, izjemno nizko vsebnost žvepla in dušika ter visoko stopnjo absorpcije, zaradi česar so najboljša izbira za proizvodnjo visoko{0}}kakovostnega litega železa (zlasti nodularne litine in sive litine visoke-stopnje), vendar so dražji.
• Visokotemperaturni{0}}karburizatorji kalciniranega naftnega koksa: po temeljitem kalciniranju se vsebnost žvepla, dušika in hlapnih snovi občutno zmanjša, kar zagotavlja visoko stroškovno-učinkovitost, zaradi česar so široko uporabljena izbira srednjega-do-visoko-razreda.
• Izogibajte se uporabi: nežganega ali rahlo žganega naftnega koksa ali premoga-za ponovno naogljičenje, saj njihova visoka vsebnost žvepla, dušika in hlapnih snovi zlahka povzroči napake pri litju.
Okrepite spremljanje procesa: redno izvajajte analizo pred -pečjo (npr. spektralno analizo) staljenega železa za spremljanje sprememb v vsebnosti dušika in žvepla, kar omogoča pravočasne prilagoditve postopka.
Če povzamemo, sta dušik in žveplo v recarburizatorjih ključni spremenljivki, ki določata stabilnost kakovosti ulitkov. Z znanstvenim izborom in nadzorom kakovosti recarburizatorjev se je mogoče učinkovito izogniti večjim napakam, kot so poroznost, deformacije grafita in slaba sferoidizacija, s čimer se izboljša kakovost ulitka in učinkovitost proizvodnje.
