专利名称：耐酸性优良的高硅铸铁及其制造方法
技术领域：
本发明涉及耐酸性优良的高硅铸铁，特别是通过简化制造工序和稳定化学成分，改善强度和脆性的耐酸性优良的高硅铸铁。
高硅铸铁尽管有这样优良的性质，但是由于制造方法非常严格，非常脆，即使小的冲击也要开裂的缺点，工业用途非常有限。为了克服这样的缺点进行了很多的研究。
一般高硅铸铁因氢气造成的气体缺陷、以及因含在硅(Si)原料中杂质形成的夹杂使机械性能降低是最大的问题。这样的问题由于是Si原料本身含的水分、铸造后凝固时吸收的氢气、Si原料本身材质不均匀引起的，为了提高高硅铸铁的机械性能，必须解决这些问题。
现有制造高硅铸铁的方法有利用一次熔解制造母合金后，利用二次熔解把母合金快速熔解，防止吸收氢气的方法；把搅拌器插入铁水中，使熔解时间缩短，防止吸收氢气的方法；向铁水中吹入惰性气体进行脱氢处理的方法等。由于这些方法需要二次熔解和附加设备，所以存在有生产成本提高，而且不容易适用于现有生产工序的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供不需要附加设备，而通过改善制造工艺的方法，来制造比现有高硅铸铁不仅抗拉强度高，而且能便宜地进行批量生产的、耐酸性优良的高硅铸铁以及它的制造方法。
为了达到上述目的，本发明提供耐酸性优良的高硅铸铁，其成分由硅(Si)13.5～15.5％(重量)、碳(C)0.7～1.1％(重量)、锰(Mn)2.2％(重量)以下，以及铬(Cr)1～5％(重量)和钼(Mo)1～5％(重量)中至少一种元素，其余为不可避免的杂质和Fe组成。
本发明提供的高硅铸铁制造方法是把上述高硅铸铁的组成物熔解的铁水加热到1650℃去除杂质后，浇入添加了0.1～0.4％(重量)铈镧合金(misch metal)的铁水包中，控制铁水的温度为可铸造的最低温度1270～1350℃进行铸造。
本发明的耐酸性优良的高硅铸铁和它的制造方法无需附加装置，通过改变工艺，其效果是与现有高硅铸铁相比，不但有高的抗拉强度，而且可以便宜地批量生产耐酸性优良的高硅铸铁。
图2是表示在本发明的耐酸性优良的高硅铸铁中，添加的铬(Cr)和钼(Mo)是含量造成腐蚀减少量的曲线。
图3a是本发明耐酸性优良的高硅铸铁中，熔解温度1400℃-铸造时浇注温度1350℃的对比材料断面的组织照片。
图3b是本发明耐酸性优良的高硅铸铁中，熔解温度1650℃-铸造时浇注温度1350℃的本发明材料断面的组织照片。
图3c是本发明耐酸性优良的高硅铸铁中，熔解温度1650℃-铸造时浇注温度1450℃的对比材料断面的组织照片。
发明的实施方式下面对本发明中合金组成的数值限定的原因做详细的说明。
(1)硅(Si)13.5～15.5％(重量)硅在13.5％(重量)以下的情况下，使强度增加，但是使耐蚀性降低。与此相反，硅在15.5％(重量)以上的情况下，使耐蚀性提高，但如
图1的状态图所示，出现脆弱的η相(Fe5Si3)，使合金的脆性增加，所以要限制在15.5％以下。
(2)碳(C)0.7～1.1％(重量)碳含量小于0.7％情况下，铁水凝固时横向收缩大，制品形状复杂的话，容易出现裂纹这样的缺陷。与此相反，碳含量大于1.1％(重量)情况下，结晶出初生石墨等粗大的片状石墨，产生铸造物的缺陷而变脆。因此由于难以回避碳在铸造时造成的收缩产生的缺陷和处理的难度，因此对碳含量限定为0.7～1.1％(重量)。
(3)锰(Mn)2.2％(重量)以下在碳和锰的比例为1∶2的情况下，延展性转变温度变低，能改善常温下的脆性。锰含量增加时由于碳化物过多地析出，使脆性增加，所以限制锰含量为碳含量的2倍，即限制在2.2％(重量)以下。
(4)铬(Cr)、钼(Mo)1～5％(重量)高硅铸铁几乎对各种酸有耐酸性，为了提高耐酸性添加铬和钼，这是为了改善高硅铸铁对盐酸的耐酸性差的缺点。从图2所示的结果可以看出，铬和钼的加入量在1％(重量)以上情况下，对盐酸的耐酸性明显改善，加入5％以上的情况下由于没有更大的改善效果，而且合金碳化物大量析出，所以限定在5％(重量)以下。
下面对在本发明的耐酸性优良的高硅铸铁制造方法中，熔解条件和铈镧合金的变质处理、铸造的浇注温度的限定原因做详细说明。
(1)这是熔解了上述组成物的铁水被加热到1650℃以上阶段，是为了完全去除含在硅(Si)原料中的杂质，控制铸造凝固后夹杂物的形成，是在1650℃以上的高温保持足够的时间，完全去除铁水内杂质的阶段。
(2)这是把加热到1650℃以上的铁水浇入添加了铁水重量的0.1～0.4％(重量)的铈镧合金的铁水包中的阶段，由于一般高硅铸铁组织是由低强度的片状石墨和硬而脆的硅铁素体(silico-ferrite)构成，所以为了控制石墨的形状，提高抗拉强度，使铁和非铁元素合金化的、添加铁水重量的0.1～0.4％(重量)的铈镧合金的阶段。
(3)这是把添加上述铈镧合金的铁水温度控制到可以铸造的最低温度1270～1350℃的阶段，与浇入1350℃以上高温状态铁水相比，相对减少凝固时混入的氢气，减少凝固后的气体缺陷，来控制铁水温度的阶段。
下面用适当的实施例对本发明进行更详细的说明。
一般高硅铸铁存在有浇注后凝固时混入氢气产生气体缺陷，造成抗拉强度非常低的缺点。为了改善这一点，现在采用利用1次熔解制成母合金后，再进行2次熔解，或在1400℃左右温度下快速熔解浇注的方法。可是采用这样方法的情况下，得不到10kgf/mm2以上的抗拉强度。这是由于含在硅原料中的杂质不能完全去除，铸造后形成夹杂物的原因。
因此在本发明中为了去除含在硅原料中的杂质，采用在1650℃以上进行充分去除杂质的方法。在表1中熔解温度在1650℃以下情况下，即对比材料1至9中，如图3a所示，可以观察到断面上存在夹杂物，熔解温度在1650℃以上情况下，即对比材料10至18、本发明材料1至9中，如图3b所示，可以得到没有夹杂物的致密的组织，这样致密的组织可以得到提高抗拉强度值的效果。也就是利用使熔解温度在1650℃以上充分去除夹杂物，可以得到没有夹杂物的致密组织。
把铁水在1650℃放置足够的时间，把杂质从铁水中去除后，控制铁水温度在1270～1350℃范围进行浇注，浇注温度在1250℃以下时，浇注本身就不可能。与此相反，浇注温度在1350℃以上时，即对比材料10至12中，凝固后从断面上观察不到夹杂物，如图3c所示，断面上存在气体缺陷，抗拉强度值显著降低。这是由于浇注温度高，氢气混入量相对较多，凝固后气体缺陷增加，带来强度降低的结果。
另一方面浇注温度比1350℃低的情况下，在对比材料13至18和本发明材料1至9中，凝固后在断面上观察不到夹杂物和气体缺陷，抗拉强度大幅度提高。
本发明的高硅铸铁和对比材料、现有材料的熔解条件和抗拉强度
注表中“○”表示有夹杂物，“×”表示无夹杂物。
本发明的高硅铸铁为了控制石墨结构使强度提高，在铁水包中添加了铁水重量的0.1～0.4％的进行变质处理的铈镧合金，把经过1650℃充分去除杂质阶段的铁水浇注到铁水包中时(对比材料14、16、18和本发明材料1至9)，与在铁水包中不添加铈镧合金时(对比材料13、15、17)相比，显示出抗拉强度值显著增加。
这样的铈镧合金是与铁(Fe)和非铁元素组合进行合金化制造的，所以可以作为脱氧剂、变质处理剂、石墨球化剂使用，采用它是因为本发明合金中的碳变成针状，是为了把对加工性能有害的微细片状石墨改变成伪片状或共晶状，以提高加工性能和强度。这样的铈镧合金其组成是铁合金而且加入量少，对合金成分没什么影响。可是大量添加情况下，会使合金成分改变，同时带来不好的影响。
因此添加这样的铈镧合金情况下，要限制它的加入量。也就是铈镧合金加入量为0.6％(重量)时，即对比材料14、16和18情况下，与加入量为0.4％(重量)时，即本发明材料3、6、9情况下相比较，看不出强度改善的效果。因此把铈镧合金加入量限制在0.4％(重量)以下。另一方面与不进行铈镧合金变质处理的现有材料相比，可以看出在抗拉强度方面有显著改善。
因此本发明采用高硅铸铁成分由硅(Si)13.5～15.5％(重量)、碳(C)0.7～1.1％(重量)、锰(Mn)2.2％(重量)以下，以及铬(Cr)1～5％(重量)和钼(Mo)1～5％(重量)中至少一种元素，其余为不可避免的杂质和Fe组成。把上述组成物熔解的铁水加热到1650℃去除杂质后，浇入添加了铁水重量的0.1～0.4％(重量)铈镧合金的铁水包中，控制铁水的温度为可铸造的最低温度1270～1350℃进行铸造。由于能够得到没有气体缺陷和夹杂物的致密微细组织，所以可以制造机械性能高的、耐酸性优良的高硅铸铁。
权利要求
1.一种耐酸性优良的高硅铸铁，其重量百分比组成为硅(Si)13.5～15.5％、碳(C)0.7～1.1％、锰(Mn)2.2％以下，以及铬(Cr)1～5％和钼(Mo)1～5％中至少一种元素，其余为不可避免的杂质和Fe。
2.一种高硅铸铁的制造方法，其含有以下步骤把由重量百分比为硅(Si)13.5～15.5％、碳(C)0.7～1.1％、锰(Mn)2.2％以下，以及铬(Cr)1～5％和钼(Mo)1～5％中至少一种元素，其余为不可避免的杂质和Fe的组成物熔解的铁水加热到1650℃以上；把上述加热到1650℃以上的铁水浇入添加了铁水重量的0.1～0.4％的铈镧合金的铁水包中；把添加了上述铈镧合金的铁水温度控制到可以铸造的最低温度1270～1350℃；以及把控制在上述1270～1350℃的铁水进行浇注。
全文摘要
本发明提供不需要附加设备，而通过改善制造工艺的方法，来制造比现有高硅铸铁不仅抗拉强度高，而且能便宜地进行批量生产的、耐酸性优良的高硅铸铁及其制造方法。采用高硅铸铁成分由硅(Si)13.5～15.5％(重量)、碳(C)0.7～1.1％(重量)、锰(Mn)2.2％(重量)以下，以及铬(Cr)1～5％(重量)和钼(Mo)1～5％(重量)中至少一种元素，其余为不可避免的杂质和Fe组成。把上述组成物熔解的铁水加热到1650℃去除杂质后，浇入添加了铁水重量的0.1～0.4％(重量)铈镧合金的铁水包中，控制铁水的温度为可铸造的最低温度即1270～1350℃进行铸造。
文档编号C22C33/08GK1390971SQ02120618
公开日2003年1月15日 申请日期2002年5月23日 优先权日2001年5月25日
发明者白承翰, 孙龙哲, 金正哲, 韩东运, 白镇铉 申请人:株式会社又进