早期的文獻指出【1、2】，鑄鐵中的是一個有害的元素，他們認為：氮強烈地提高了鑄鐵件的硬度和白口傾向，且增加鑄鐵的脆性，惡化了加工性能。可在1953年，英國BCIRA（英國鑄鐵研究學會）的Dawson等人報導了氮可以改善鑄鐵的石墨形態，強化基體組織，從而提高了鑄鐵的力學性能。1960年，原蘇聯的B.И ЛАКОМСКИЙ出版了一本專著【3】，論述鑄鐵中氧、氫、氮含量對鑄鐵的影響，談到由于提高了對氮含量檢測的準確性后，在一個較寬的氮濃度范圍內，研究了其對鑄鐵的影響時發現。當氮含量控制在一個確定的范圍內時，氮卻是個有益的元素。只是由于在五、六十年代當時的鑄鐵熔煉工藝情況下，鑄鐵中的氮含量很低，一般在0.002~0.006%（即20~60ppm）下，對鑄鐵沒有顯示明顯的影響。因而在很長一段時間內，沒有引起人們對氮作用的關注。后來由于中頻感應電爐的發展，以及歐美等工業發達國家的廢鋼充足,因而從上世紀七十年代至九十年代起，鑄造廠在熔煉鑄鐵時，已基本上不用新生鐵作為爐料，國內也從上世紀九十年代開始采用了此種工藝，即便用大量的廢鋼來代替生鐵，然后用增碳劑增碳，使碳含量達到工藝要求，這即提高了鑄鐵的性能，又節約了成本。因而在國內，這種工藝得到很快發展，連同采用提高鐵液溫度、增硫、強化孕育等措施，使我國的鑄鐵熔煉工藝水平和鑄鐵件的材質上了一個新的臺階。但由于采用廢鋼和增碳劑增碳工藝后，因廢鋼中含氮較高，一般的廢鋼含氮為70~120ppm左右，而未經高溫石墨化處理的增碳劑，含氮量就更高，一般都在2000ppm以上，這些氮在熔煉過程中，大部都進入到了鐵液內，從而在國內外，都可看到由此而產生的裂隙式氮氣孔的報導。由于其在外觀形貌上與縮松相似，加之一般鑄造工廠不具備檢測氮量的條件，影響了對此鑄造缺陷的判斷，而造成很大的廢品損失，因而鑄鐵中的氮的作用具有兩面性。在一個確定的范圍內，它能提高鑄鐵的力學性能，而超過某一含量時，又會使鑄鐵件產生氮氣孔，而要求我們在生產過程中對其加強控制。

用廢鋼加增碳工藝能提高鑄鐵的力學性能，一般人都認為有三個方面的原因，1、減少了生鐵的遺傳性。2、增碳劑增加了外來石墨核心。3、廢鋼和增碳劑中的氮有促進珠光體的作用。但眾多的介紹合成鑄鐵經驗的文獻中，基本上都推薦要采用低S、低N的優質石墨型增碳劑，原因就是石墨型增碳劑能直溶，增碳速度快，回收率高。因而在采購增碳劑時也只注重其含碳量、灰分和粒度，不太關注其含氮水平，很多增碳劑的供應商也不標明或提供其中的含氮量值，并且在這些文章中，很大的篇幅都在說明鑄鐵力學性能的提高，是增碳劑中的石墨碳進入鐵液中，在凝固中起到了增加石墨核心的作用，而淡化了氮的作用，更沒有觸及到，哪種因素是促進鑄鐵力學性能提高的主因。

下面我從已發表的資料及本人的經驗中，介紹采用低N石墨型增碳劑，高N型石油焦增碳劑及只用增氮而不大量采用廢鋼所得的機械性能數據，來說明氮對提高性能的貢獻。結果見下表。

從表1所引述的對比數據可以看出，當采用廢鋼加增碳劑生產灰鑄鐵時，文獻【4】采用40%廢鋼加石墨型增碳劑和不加增碳劑的普通鑄鐵相對比試驗時，抗拉強度從236.2Mpa提高至260.7Mpa，增加了24.5Mpa,增幅為10%。同樣，文獻【5】采用廢鋼：回爐料=7:3所做的對比。在廢鋼增至70%,采用石墨型增碳劑時，合成鑄鐵只比普通鑄鐵增加17.4Mpa，增幅才7.3%,而在駐馬店某鑄造公司，今年5月份用40%廢鋼加含氮低于100ppm的增碳劑，生產卡車制動鼓所得157包次本體機械性能，平均 σ_b=247Mpa，當從6月份起改用含氮量為2000PPm的石油焦增碳劑時，6月份244包次的本體抗拉強度增至276Mpa，和5月份相比，增加29Mpa,增幅為11.7%，7月份由于氮的累積作用，全月60包次的本體抗拉強度增至290.2Mpa，和石墨型增碳劑相比，在其它條件不變的情況下，增加43.2Mpa，增幅為17.5%，而文獻【6】指出，向灰鑄鐵內單獨加氮，即去掉生鐵遺傳性和增碳劑所起石墨核心的影響，可以提高50Mpa，如果同時加入稀土，則可提高100Mpa左右。根據文獻【3】的資料，當往700Kg的澆注包內加入含氮的鹽類如KNO₃、NH₄Cl時，隨著處理時間的延長，含氮量增加,其抗拉強度相繼增加，從沒有加氮的18.4kg/mm²到加氮8分鐘時的41.9kg/mm²，提高23.5kg/mm2,相當于提高了230Mpa,增幅為127%。因此我們有理由認為，合成鑄鐵比普通鑄鐵力學性能提高的原因。應當主要是氮對鑄鐵的影響，并且可以看到，增氮前的原始鐵水牌號越低即碳越高，或CE越高，其有利作用越明顯，這就適應了對鑄鐵既要求其有高的強度，又要有高的含碳量，以滿足鑄鐵具有好的傳熱性、鐵水的流動性，以及減輕鑄件壁厚和重量的要求，因此，將氮作為鑄鐵的有利合金元素以及它的開發和應用，將會得到越來越重視。

當用廢鋼加增碳劑工藝來生產球墨鑄鐵，在國內也得到了發展，因其中的石墨已經成球形，因此氮對石墨的有利影響就降低了很多。只對基體產生作用，同時由于球化處理時鎂蒸汽產生的沸騰也減少了氮的含量，有關利用合成鑄鐵提高性能的報告也少了很多。因球鐵的性能主要決定于球化率和鐵素體及珠光體的相對含量，而氮主要有增加珠光體的作用，因此氮增加時，由于珠光體含量增加，則抗拉強度增加，延伸率降低，這點從文獻【3】得到了證明。當其中的氮在第1組試驗里從0.0065增至0.0130%（即從65ppm增至130ppm）時，球鐵的抗拉強度則從49.3kg∕mm²增至60.7kg∕mm²，增幅為23％，而延伸率從19％降至11％，降低了42％，但仍保存了高強度下的高韌性。在第2組試驗中，化學成份相同（3.50-3.60%C；1.80-2.10%Si；0.41-0.45%Mn；0.01-0.02%S；0.025-0.035%P；0.50-0.70%Ni；0.05-0.06%Mg）但加入了0.10%AL，以便和氮化合成氮化物，而其力學性能仍和第1組相近，當氮從0.0050增至0.0105%（從50增至105ppm）時，抗拉強度從46.4Kg/mm²增至58.3Kg/mm²，增加了25.6%,而延伸率從19%降至11%，降低42%。文獻【7】介紹，廢鋼70-80%，生鐵0-10%，回爐料10-20%，采用石墨型增碳劑，在相當碳當量下，延伸率比普通球鐵高2-5%，普通球鐵為延伸率為15-22%，合成球鐵為18-28%，而硬度要低10HB。文獻【8】列出了廢鋼35%，回爐料65%，石墨增碳劑1.6%，所生產的合成球鐵其抗拉強度為515Mpa，延伸率為17.6%，硬度為176HB，而用5%廢鋼、50%回爐鐵和45%生鐵生產的普通球鐵，抗拉強度為479Mpa、延伸率為18.8%、硬度為167HB，即合成球鐵的抗拉強度提高了7.5%、延伸率降低了6.4%、硬度增加了4個HB單位，這里應當指出的是，國內外生產球鐵時，大都采用低S低N的石墨型增碳劑，所以鑄鐵內的含氮量一般較低，仍可以和普通球鐵一樣。在正常的殘留鎂量（0.040-0.050%）下，保證合格的球化率。而少數幾個廠采用含氮量高的增碳劑時，由于氮和鎂化和生成氮化物而損失了球化所需的殘鎂量，因而用光譜或濕法測量鎂時，需要保證殘鎂量為0.05-0.06%甚至以上才能保證球化良好。文獻【8】將球鐵里的有害微量元素分為三組。第1組是產生碎塊狀石墨的元素，第2組是產生晶界網狀石墨的元素，第3組是消耗球化作用所需鎂的元素，主要就是N和S，解決措施就是兩條，一是降低它們的含量，二是增加鎂的加入量，所以大家一定要注意這一點，以免造成球化不良而使鑄件報廢。

上面介紹了氮對鑄鐵的有利作用，但只有當其含量控制在一個確定的范圍內時才能達到，當其含量超過這一范圍時，則會帶來不利的有害作用、或者沒有影響。

當含氮量低時，沒有顯示什么影響，這好理解。在生產低牌號鑄鐵件時，例如HT200及以下牌號時，有無氮的有利作用也無所謂，但當生產高牌號鑄鐵件時，就可考慮利用氮的有利作用，可以節省Cu、Cr等貴重合金，這個下限應當是0.0050%（50ppm）左右，就是說要高于50ppm時才顯示其有利影響。正由于低的含氮量對鑄鐵沒有壞的影響，所以也就沒有人去認真的去確定其準確的下限，而是把含氮量的上限作為了主要關注點，因為當含氮量超過某一上限時，由于氮致氣孔的廢品常常很高，有的高到60%以上，甚至全部報廢，有時它像傳染病一樣，廢品率越來越高，如文獻【9】介紹的氮氣孔廢品率情況，見表2。所以在生產過程中，

要注意氮的積累作用，而及時的調整爐料配比。該廠爐料中廢鋼配比為40%，沒有介紹采用的是什么樣的增碳劑。我分析他們使用的是高N非石墨型增碳劑，也不清楚增碳劑的確切含氮量，有關氮的上限允許量的資料很多，我只介紹我認為比較權威的數據。文獻【10】介紹厚鑄件為85ppm，薄鑄件為120ppm。文獻【11】介紹不大于100pmm。文獻【12】介紹氮的控制范圍為70-120ppm。文獻【13】介紹生產壁厚20-50mm的鑄鐵件時，含N量91ppm時，即產生了氣孔，但其中還有（H）含量的影響，應當是氮氫氣孔。[14]介紹低碳當量厚壁鑄鐵件當全氮超過100ppm，而薄壁鑄鐵件超過130ppm時產生晶間裂隙狀氮氣孔。但大多數作者推薦的上限控制量為100ppm，所以在我服務的駐馬店鑄造公司，我們將氮的控制范圍規定為60-100ppm,并每天用直讀光譜儀進行氮含量的檢測，由檢測結果來進行調整工藝配比或其它工藝措施。當然這一上限還受到鑄件的壁厚和冷卻速度的影響，各廠應根據具體條件來調控鑄件含氮量過高，使其不產生氣孔，含氮量高時還會促使生成滲碳體，所以在用含N高的非石墨型增碳劑生產灰鑄鐵的廠，更要多關注鑄鐵內氮的含量。

氮在控制范圍內對鑄鐵的有利影響，當然是氮對鑄鐵在凝固冷卻時，對石墨和基體的生成產生了有利的作用。氮的作用機理已有很多文章介紹，但很多是推理，下面我只簡要介紹一下文獻【6】作者的主要研究成果，他對含C3.27%、Si2.15%、Mn0.16%和C3.45%、Si2.15%、Mn0.16及C3.45%、Si2.15%、Mn0.80%的三種鑄鐵進行了研究。在加入純氮后，檢測了氮對相變溫度、石墨組織和基體組織的影響，并定性地檢測了氮在各相中的分布。結論是1，氮使鑄鐵溶液的平衡和非平衡一次結晶溫度降低，結晶過冷度增大，共晶轉變的溫度區間增大，同時氮也使灰鑄鐵的共析轉變溫度降低，轉變溫度區間增大，氮對共析轉變溫度的影響程度與鑄鐵的含碳量有關，含碳量愈高，氮的影響愈顯著。2，氮對石墨的態、數量和分布都有影響，它使石墨長度縮短，彎曲程度增加，端部變銳，長寬比減小。3，氮對基體組織有顯著作用，它使初先奧氏體一次軸變短，二次臂間距減少，使共晶團細化、珠光體數量增多，珠光體和鐵素體顯微硬度增加。4，測試了共晶轉變后石墨表面氮的濃度，發現石墨表面有幾個原子層厚度的氮吸附層，石墨中氮的濃度明顯高于基體，因此阻礙了石墨的長大，從而細化了共晶團組織，并使石墨在長大過程中，晶格產生畸變，導致石墨彎曲和分支，也測定了加氮前后鐵素體和滲碳體的晶格常數均有明顯增大，這是氮原子固溶在其中而使其畸變，從而提高了基體組織的顯微硬度。

結束語：1，氮可有效地提高鑄鐵的機械性能，認為在合成鑄鐵中氮起了主導作用，從而應當把氮作為一個有益的元素有意識的加以利用。2，應根據生產的鑄件材質和牌號，合理的選擇增碳劑的種類，建議生產灰鑄鐵時采用含氮2000ppm左右的低溫煅燒石油焦增碳劑，而生產球墨鑄鐵時，尤其是生產高韌性的鐵素體球墨鑄鐵時，應當采用低S低氮的石墨型增碳劑。3，應有效的控制鑄鐵內的氮在一個確定的范圍內，一般中小鑄鐵件，將氮控制在60-100ppm內是合理的，對鑄鐵來講，既有效又安全。4，當氮超過上限，并產生了氮氣孔時，可加入Al、Ti、Zr、B等元素來中和氮的有害影響。國內多采用加入TiFe來消除鑄件的氮氣孔，經驗介紹每加入0.01%Ti可中和約30ppm的氮。5，采購增碳劑時，在采購合同上，不但要有固定碳、灰分、水分、含硫量、粒度等要求，而且要規定含氮量的驗收標準。

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