耐海水腐蝕的低合金鑄鐵的製作方法

2023-05-03 23:32:36

專利名稱：：耐海水腐蝕的低合金鑄鐵的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種耐蝕合金鑄鐵新材料，特別是涉及一種用於海水工程的耐腐蝕的合金鑄鐵。
背景技術：
：海水水工工程、海水淡化設施等需要使用大量的耐海水腐蝕的鋼鐵材料，如閘門的頂檻、底檻、側軌、海水泵殼體、葉輪、管道等使用大量的耐蝕鑄鐵。目前耐蝕鑄鐵是以含Ni、Cr為主的合金鑄鐵。如中國專利公開號CN1101683公開了一種耐海水腐蝕的合金鑄鐵，適用於製造水利、水電工程的閘門、閘門槽等設備，其特徵在於重量百分比組成為鎳2.6—3、鉻O.8—1、錳O.7—0.9、矽1.8—2.1、碳2.8—3.2、銅0.6—0.9，雜質S〈0.06，雜質P〈0.12，餘量為鐵。用該合金鑄鐵製造的水工設備，在海水中使用性能超過不鏽鋼，其強度、韌性和加工性均能滿足水工設施的使用要求。如中國專利公開號CN1727508公開了一種耐海水腐蝕的合金鑄鐵。它以重量百分比為單位，含有鎳Ni0.83.2，鉻Cr0.61.2，矽Sil.22.2，碳C2.83.4，錳Mn0.51.2，銅Cu0.40.8，銻0.10.4,雜質控制在硫SS0.12,餘量為鐵，它適用於製造水利、水電工程的閘門、閘門槽等設備，在海水中的使用性能超過不鏽鋼，其強度、韌性和加工性能能滿足水工設施的使用要求，具有較好的耐腐蝕性能和較強的機械性能，可代替進口材料。上述兩個對比文件共同不足之處是合金含量較高，尤其是鎳的含量較高，佔重量百分比3.2，由於鎳是貴重金屬材料，日前市價約為25萬元/噸，這類鑄鐵僅僅含鎳量的材料成本價已達到5000元/噸，鎳的稀缺和高成本限制了這類耐蝕鑄鐵的應用，所以研製含鎳量少、成本低的耐蝕鑄鐵就成為擺在人們面前的一項課題。
發明內容本發明的目的是克服上述耐蝕合金鑄鐵成本高的技術問題，提供一種成本低、耐蝕性能與上述耐蝕合金鑄鐵相近或更好的耐海水腐蝕的低合金鑄鐵。為達到上述目的，本發明的低合金鑄鐵主要特徵是鉻銅含量高而鎳含量低，並添加稀土等元素進行多元合金化。以重量百分比為單位，它含有鎳Ni0.6—1.6，鉻Cr1.5—3.0，矽Si1.8—2.8,碳C2.8—3.6，錳Mn0.6—1.0，銅Cu1.5—3.0，稀土元素RE0.l—O.3，雜質P《0.12，雜質S《0.06，餘量為鐵Fe。上述方案中還可含有0〈AL《0.4，0〈Sb《0.1，餘量為鐵Fe或者其中一種。上述各種元素對合金鑄鐵耐蝕性能的影響為(1)矽高矽鑄鐵氧化氣氛下因表面形成緻密完整的Si02保護膜提高電阻率和化學穩定性，從而提高鑄鐵的耐蝕性。低合金耐蝕鑄鐵中含矽量對提高鑄鐵耐蝕性的影響沒有這麼大，但其強烈的石墨化能力可以在加入較高的絡時降低鉻的強烈的形成碳化物的作用而獲得灰鑄鐵。(2)鉻其電位與鐵相近，鈍化電流密度小，鈍化電位範圍寬，具有良好的鈍化性能，是提高材料耐蝕性的最有效的合金元素之一，所以加入量為2.03.0，但同時出現白口可能性增加，有待強化孕育和適當提高矽含量解決。(3)鎳其熱力學穩定性比鐵高，仍是一種鈍化金屬，加入鎳提高鐵的化學穩定性並促進鈍化，使腐蝕電位正移，而且加入量越高正移越多，鑄鐵越耐蝕，無論是在氧化性氣氛還是還原性氣氛中都有很好的耐蝕性。(4)銅其電極電位較正，在鑄鐵腐蝕過程中活化陰極使機體(陽極)鈍化，使鑄鐵耐蝕性得以提高，或富集於基體金屬表面的鏽層中改善鏽層的保護性能，增強活化陰極作用而提高鑄鐵耐蝕性，一般加入2%即可提高鑄鐵在海水中的耐蝕性，銅在鑄鐵中溶解度有限，高於溶解度的銅處於游離態，當鑄鐵鏽蝕後這些游離銅富集於鏽層中仍能提高鑄鐵的耐蝕性。(5)稀土金屬稀土金屬是活性極高的化學元素，加入鋼鐵中的作用一是淨化二是合金化。稀土金屬元素與氧、硫、磷、氮、氫等有極強的親和力，與砷、銻、鉛、鉍、錫等形成高熔點的化合物，所以稀土金屬的去氣去雜質的作用很強，從而改善組織，提高力學性能和化學性能；稀土金屬在鋼鐵中溶入碳化物、基體和形成夾雜物，各佔的比例因加入量的不同而有差異，大約各佔加入量的50%60%、30%40%、3°/。左右，在鐵中的溶解度一般不超過0.5%。加入稀土金屬主要作用是通過淨化作用、細化組織來提高綜合力學性能及耐蝕性。(6)磷和其他某些元素也可改善鑄鐵的耐蝕性，但降低力學性能，對於受力大的工件是不利的，而在某些受力較小的工況條件下可以允許磷高一些。本發明的低合金鑄鐵的冶煉工藝為用中頻感應爐或電弧爐等熔煉設備熔化鐵水，熔清後即可加入鎳與鉻鐵合金爐料，冶煉溫度控制在14601500°C，精煉後期加入錳鐵、矽鐵調節其含量並作為脫氣脫氧工藝操作，出爐前加入稀土合金進一步脫氣脫氧；出爐溫度控制在14401480°C，出爐時用高效孕育劑進行包內或隨鐵水流強化孕育；澆注溫度13801420°C，澆注時進行隨流或型腔內瞬時孕育。本發明的有益積極效果是(l)本發明的海水工程用耐蝕鑄鐵考慮了鉻、鎳、銅等提高鑄鐵耐蝕性的合金元素的綜合作用，在減少鎳含量降低了成本的情況下，這種耐海水腐蝕鑄鐵的耐蝕性能不低於鎳鉻系合金耐蝕鑄鐵的耐蝕性能；(2)本發明的海水水工工程用耐蝕鑄鐵在保證不降低材料耐蝕性能的情況下，由於降低了鎳含量大大降低了成本，按目前市場價格計算成本可以降低40%60%，具有很好的經濟效益；(3)本發明的海水水工工程用耐蝕鑄鐵減少了稀貴金屬鎳的含量，節約了貴重金屬資源，降低了社會能源綜合消耗，具有顯著的社會效益。(4)本發明的合金鑄鐵適宜於製作海水水工工程部件，也可以製作便於檢修更換的耐海水腐蝕的設施或設備的零部件，如閘門的頂檻、底檻、側軌等設備。具體實施例方式實施例一一種海水工程用耐蝕鑄鐵性材料，用於攔海大壩閘門頂檻底檻側軌等鑄件，含有(重量百分比)鎳Ni0.92，鉻Cr1.72，矽Si1.92，碳C2.95，錳Mn0.72，銅Cu2.45，稀土元素RE0.15，雜質控制在P《0.12和S《0.06，按照上述設計成分計算出所應用的鐵合金種類、數量，利用中頻感應爐或電弧爐熔化鐵水，在熔化後期加入鐵合金，稀土元素用稀土矽鐵合金在出爐前加入，出爐溫度控制在14401480。C，出爐時用長效強化孕育劑進行鐵水包內強化孕育，並在澆注時進行隨流瞬時孕育，澆注溫度控制在13801420。。。經檢測和試驗，鑄件具有良好的綜合力學性能和良好的耐海水腐蝕性能，完全符合水利工程設計對耐蝕鑄鐵性能的要求，檢測結果如下表l。該鑄鐵材料每噸含Ni9.2公斤，成本2300元，降低了約2700元錢，Cr和Cu含量增加成本約1000元錢，共計節約成本約1700元錢。表l.實施例一產品性會tableseeoriginaldocumentpage7實施例二一種海水工程用耐蝕鑄鐵性材料，用於製造海水淡化、電站的海水冷卻等設施的水泵葉輪、殼體、管道等鑄件，含有(重量百分比)鎳Ni0.62，鉻Cr2.42，矽Si2.23，碳C3.42，錳Mn0.91，銅Cu2.92，稀土元素REO.15，雜質控制在P《0.12和S《0.06，按照上述設計成分計算出所應用的鐵合金種類、數量，利用中頻感應爐或其他熔煉爐熔化出鐵水，在熔化後期加入鐵合金，稀土元素用稀土矽鐵合金在出爐前加入，出爐溫度控制在14401480。C，出爐時用長效強化孕育劑進行鐵水包內強化孕育，並在澆注時進行隨流瞬時孕育，澆注溫度控制在13801420°C。經檢測和試驗，鑄件具有良好的綜合力學性能和良好的耐海水腐蝕性能，完全符合海水工程對耐腐蝕鑄鐵材料的性能要求，檢測結果如下表2。該鑄鐵材料每噸含Ni6.2公斤，成本1550元，降低了約3450元錢，Cr和Cu含量增加成本約1400元錢，共計節約成本約2050元錢。表2.實施例二產品性能tableseeoriginaldocumentpage7實施例三一種海水工程用耐蝕鑄鐵性材料，用於製造海水淡化、電站的海水冷卻等設施的水泵葉輪、殼體、管道等鑄件，含有(重量百分比)鎳Ni1.58，鉻Crl.61，矽Si2.23，碳C3.42，錳Mn0.91，銅Cul.64，稀土元素REO.15，雜質控制在P《0.12和S《0.06。按照上述設計成分計算出所應用的鐵合金種類、數量，利用中頻感應爐或其他熔煉爐熔化出鐵水，在熔化後期加入鐵合金，稀土元素用稀土矽鐵合金在出爐前加入，出爐溫度控制在14401480。C，出爐時用長效強化孕育劑進行鐵水包內強化孕育，並在澆注時進行隨流瞬時孕育，澆注溫度控制在13801420°C。經檢測和試驗，鑄件具有良好的綜合力學性能和良好的耐海水腐蝕性能，完全符合海水工程對耐腐蝕鑄鐵材料的性能要求，檢測結果如下表2。該鑄鐵材料每噸含Ni15.8公斤，成本3950元，降低了約1050元錢，Cr和Cu含量增加成本約300元錢，共計節約成本約750元錢。表3.實施例三產品性能試樣狀態抗拉強度ob/MPa抗彎強度obb/MPa硬度HB腐蝕率腿/a鑄態2603605506802403600.100.40從上述檢測結果可以看出，本發明的低合金鑄鐵雖減少了鎳含量，但耐蝕性能和機械性能並沒有降低，而且成本大大降低。上述實施例中當用於受力較小的工況條件下的鑄件，還可以含有0<AL《0.4和0〈Sb《0.1，餘量為鐵Fe，或者其中一種。權利要求1、一種耐海水腐蝕的低合金鑄鐵，其特徵是，以重量百分比為單位，它含有鎳Ni0.6-1.6，鉻Cr1.5-3.0，矽Si1.8-2.8，碳C2.8-3.6，錳Mn0.6-1.0，銅Cu1.5-3.0，稀土元素RE0.1-0.3，鋁Al≤0.4，銻Sb≤0.1，雜質P≤0.12，雜質S≤0.06，餘量為鐵Fe。2、如權利要求1所述的耐海水腐蝕的低合金鑄鐵，其特徵是，它含有鎳Ni0.92，鉻Cr1.72，矽Si1.92，碳C2.95，錳Mn0.72，銅Cu2.45，稀土元素RE0.15，雜質P《0.12，雜質S《0.06，餘量為鐵Fe。3、如權利要求1所述的耐海水腐蝕的低合金鑄鐵，其特徵是，它含有鎳Ni0.62，鉻Cr2.42，矽Si2.23，碳C3.42，錳Mn0.91，銅Cu2.92，稀土元素RE0.15，雜質P《0.12，雜質S《0.06，餘量為鐵Fe。4、如權利要求1所述的耐海水腐蝕的低合金鑄鐵，其特徵是，它含有鎳Ni1.58，鉻Cr1.61，矽Si2.23，碳C3.42，錳Mn0.91，銅Cul.64，稀土元素RE0.15，雜質P《0.12，雜質S《0.06，餘量為鐵Fe。5、如權利要求1或2或3或4所述的耐海水腐蝕的低合金鑄鐵，其特徵是，它還含有0〈AL《0.4或0〈Sb《0.1，餘量為鐵Fe。6、如權利要求1或2或3或4所述的耐海水腐蝕的低合金鑄鐵，其特徵是，它還含有0〈AL《0.4和0〈Sb《0.1，餘量為鐵Fe。全文摘要本發明公開了一種耐海水腐蝕的低合金鑄鐵，主要用於製作海水水工工程部件，以重量百分比為單位，它含有鎳Ni0.6-1.6，鉻Cr1.5-3.0，矽Si1.8-2.8，碳C2.8-3.6，錳Mn0.6-1.0，銅Cu1.5-3.0，稀土元素RE0.1-0.3，鋁Al≤0.4，銻Sb≤0.1，雜質P≤0.12，雜質S≤0.06，餘量為鐵Fe。本發明的海水工程用耐蝕鑄鐵考慮了鉻、鎳、銅等提高鑄鐵耐蝕性的合金元素的綜合作用，在減少鎳含量降低了成本的情況下，這種耐海水腐蝕鑄鐵的耐蝕性能不低於鎳鉻系合金耐蝕鑄鐵的耐蝕性能。文檔編號C22C37/00GK101225496SQ200810014098公開日2008年7月23日申請日期2008年1月31日優先權日2008年1月31日發明者孫宏飛,畢繼鑫,渠智彥,王燦明申請人:山東省耐磨耐蝕材料工程技術研究中心