如何面对铸铁中干扰元素的影响 作者：中国铸造协会 李传轼 这里所说的“干扰元素”，是对灰铸铁和球墨铸铁的性能有负面影响而言的，不一定都是通常所谓的有害元素，其中有的在钢材中是重要的合金元素，有的对于某些合金铸铁也是必不可少的。干扰元素的来源有三个方面： 一是钢材、铸钢件和铸铁件中通常都含有的有害元素，如硫、磷（一些耐磨铸铁中有时故意加入少量的磷）、铅（易切削钢中有时加入少量的铅）等； 气体处理
二是为改善钢材的性能而特意加入的合金元素，如锰、铬、钼、钛、钒、铌、硼等； 三则是混杂在炉料中的污染物。 一．问题的提出 改革开放以来，随着国民经济的发展，我国铸造行业欣欣向荣，铸件的产量增长很快，为了使大家有明确的印象，下面简要地列出一组统计数字： 1986年，我国各类铸件的总产量为440万吨； 1996年，我国各类铸件的总产量为1090万吨，其中各种铸铁件占875万吨； 2006年，我国各类铸件的总产量为2810万吨，其中各种铸铁件占2100万吨。 铸件产量的迅速增长，拉动了对各种金属原材料的需求，铸造生铁、废钢和各种铁合金的供应日趋紧张，不仅价格不断上涨，质量也难以稳定一致。 另一方面，随着我国工业的发展，对各类铸件的质量要求日益提高，尤其是对高性能球 墨铸铁件和厚截面、铁素体球墨铸铁件的需求增多，等温淬火球墨铸铁件和蠕墨铸铁件也逐步推广应用。所有这些，都要求提高铸铁材质的纯净度，炉料带来的干扰元素的影响逐渐成为大家不能不面对的问题。
1．铸造生铁中的干扰元素
炼钢用生铁中所含的磷、硫等干扰元素，可以在以后的炼钢过程中脱除，而铸造生铁只是在重熔后直接制成铸件，各种干扰元素相当一部分仍然保留，如果含量超过允许值，就会影响材质的性能。制造高质量铸铁件时，原料生铁中干扰元素的含量必须严格控制。
为适应这种要求：我国于1982年制定了《GB718－82铸造用生铁》国家标准，以区别于炼钢生铁；1985年又制定了《GB1412－85球墨铸铁用生铁》国家标准；冶金工业部于1990还制定了一项规定微量元素含量的推荐性铸造生铁标准《YB（T）14-90 铸造用生铁》，其中对P、S、As、Pb、Sn、Sb、Zn、Cr、Ni、Cu、V、Ti、Mo等元素的允许含量都作了具体的规定。
但是，两项国家标准后来也都变更为推荐性标准，加以铸造行业对生铁的需求增长很快，供应紧张，许多生产厂家执行标准的力度不能令人满意，铸造生铁的质量参差不齐。
特别是近十多年来，我国钢、铁行业以举世罕见的速度发展，铁矿石很快由自给自足转变为主要依赖进口。在这种情况下，铸造生铁的生产、供应体系变化很大，更难以保证其质量的稳定一致。
加拿大、日本、瑞典、挪威、巴西、南非等国家，为适应生产高质量铸件的要求，早已开始生产高纯铸铁供应，不仅满足自己的需求，而且向世界各国的铸造行业供货。
近年来，我国也有厂家生产高纯生铁，但由于推广、应用的力度不够，还未能充分发挥其作用。今后，希望我国生产优质铸铁件的厂家对国产的高纯生铁给予更多的关注。
2．废钢中的合金元素
近20年来，各种钢材都在向薄壁化、轻量化、强韧化的方向发展，低合金钢的应用范围日益扩大。1980年前后，常用的一般钢材主要是碳钢，低合金钢所占的比重不到20％，2005年，常用钢材中低合金钢所占的比重已达50％左右，甚至更高一些。从资源的充分利用、各种装备的轻量化、工艺技术的进步等方面看来，当然是好事，而且这种趋势今后仍将继续，但是，废钢中这类合金元素的增多，却给铸铁业带来了许多棘手的问题，不能不采取必要的应对措施。
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目前，各类钢材中含合金元素的大致情况见表1。
与此同时，铸造行业的熔炼工艺也在不断变革。从上世纪60年代起，铸铁行业中采用感应电炉作为熔炼设备的企业逐渐增多。尤其是70年代以后，中频无心感应电炉的电源有了重大的改进，熔制铸铁时热效率可达到70%，电炉设备和所用的耐火材料也在不断发展，因而其应用日益广泛。用感应电炉熔炼铸铁时，炉料中铸造生铁锭的用量很少，废钢所占的份额增多，而钢材中的合金元素对铸铁（尤其是球墨铸铁）的性能却大都有负面影响，甚至成了污染元素。
另一方面，在冲天炉熔炼过程易于脱除的低沸点元素，如Pb（1755℃）、Sb（1640℃）、Bi（1481℃）、Te（989.8℃）、As（615℃升华）、Cd（767℃）、Zn（419.5℃）等，用感应电炉熔炼时就较难以脱除，从而易于显现其负面影响。
除此以外，由于对废钢的需求量大增，其来源涉及到各行各业，混入一些污染元素，如铅、铝、锌等，也在所难免。
二．干扰元素对铸铁性能的影响
1．形成碳化物
钢材中的合金元素，如Mn、Cr、V、Mo、Ti、B等，都是很强的碳化物形成元素，而且易偏析于铸件最后凝固的部位，在晶界处浓度很高。对于灰铸铁，由于其组织中存在大量片状石墨，强度本来就不高，延性和韧性很差，晶界处碳化物的影响并不那么明显。对于球墨铸铁，尤其是铁素体球墨铸铁件、等温淬火球墨铸铁件和优质厚截面球墨铸铁件，晶界处碳化物的影响往往是至关重要的。 抑制的生活
图1和图2都是厚壁球墨铸铁件晶界处的碳化物。这类碳化物对材质的力学性能影响很大，而且出现这类碳化物时铸件内部往往随之产生小的缩孔或疏松。
表2中列出了这类元素的来源、对铸铁性能的影响及建议的含量控制值（特殊情况下作为合金元素加入时例外）。
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2．对石墨球化的影响折叠麻将桌
铸铁中加入Mg和以Ce为代表的稀土元素后，可以使石墨球化。如果金属炉料中含有阻碍石墨球化的元素，就会影响石墨的球化。阻碍石墨球化的作用大致可分为两个方面：
（1）与Mg或稀土元素反应，产生氧化物、硫化物和氮化物，消耗球化元素。
起这种作用的主要是氧、硫和氮。此外，碲（Te）和硒（Se）也是消耗球化剂的元素。
（2）球状石墨生成后，提高铸铁中的液相的稳定性，使石墨长大过程中，在各个方向成长不均匀，从而导致石墨球畸变。
起这种作用的主要是磷、铝、锡、铜、硼、锑、钛、铌等元素。这类元素偏析的倾向强，可以使铁中的液相稳定，促进石墨成长的异向性，从而影响石墨的形态。
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硼、锡、锑、铜对石墨形态的影响见图3。
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