专利名称：：耐海水腐蚀的低合金铸铁的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种耐蚀合金铸铁新材料，特别是涉及一种用于海水工程的耐腐蚀的合金铸铁。
背景技术：
：海水水工工程、海水淡化设施等需要使用大量的耐海水腐蚀的钢铁材料，如闸门的顶槛、底槛、侧轨、海水泵壳体、叶轮、管道等使用大量的耐蚀铸铁。目前耐蚀铸铁是以含Ni、Cr为主的合金铸铁。如中国专利公开号CN1101683公开了一种耐海水腐蚀的合金铸铁，适用于制造水利、水电工程的闸门、闸门槽等设备，其特征在于重量百分比组成为镍2.6—3、铬O.8—1、锰O.7—0.9、硅1.8—2.1、碳2.8—3.2、铜0.6—0.9，杂质S〈0.06，杂质P〈0.12，余量为铁。用该合金铸铁制造的水工设备，在海水中使用性能超过不锈钢，其强度、韧性和加工性均能满足水工设施的使用要求。如中国专利公开号CN1727508公开了一种耐海水腐蚀的合金铸铁。它以重量百分比为单位，含有镍Ni0.83.2，铬Cr0.61.2，硅Sil.22.2，碳C2.83.4，锰Mn0.51.2，铜Cu0.40.8，锑0.10.4,杂质控制在硫SS0.12,余量为铁，它适用于制造水利、水电工程的闸门、闸门槽等设备，在海水中的使用性能超过不锈钢，其强度、韧性和加工性能能满足水工设施的使用要求，具有较好的耐腐蚀性能和较强的机械性能，可代替进口材料。上述两个对比文件共同不足之处是合金含量较高，尤其是镍的含量较高，占重量百分比3.2，由于镍是贵重金属材料，日前市价约为25万元/吨，这类铸铁仅仅含镍量的材料成本价已达到5000元/吨，镍的稀缺和高成本限制了这类耐蚀铸铁的应用，所以研制含镍量少、成本低的耐蚀铸铁就成为摆在人们面前的一项课题。
发明内容本发明的目的是克服上述耐蚀合金铸铁成本高的技术问题，提供一种成本低、耐蚀性能与上述耐蚀合金铸铁相近或更好的耐海水腐蚀的低合金铸铁。为达到上述目的，本发明的低合金铸铁主要特征是铬铜含量高而镍含量低，并添加稀土等元素进行多元合金化。以重量百分比为单位，它含有镍Ni0.6—1.6，铬Cr1.5—3.0，硅Si1.8—2.8,碳C2.8—3.6，锰Mn0.6—1.0，铜Cu1.5—3.0，稀土元素RE0.l—O.3，杂质P《0.12，杂质S《0.06，余量为铁Fe。上述方案中还可含有0〈AL《0.4，0〈Sb《0.1，余量为铁Fe或者其中一种。上述各种元素对合金铸铁耐蚀性能的影响为(1)硅高硅铸铁氧化气氛下因表面形成致密完整的Si02保护膜提高电阻率和化学稳定性，从而提高铸铁的耐蚀性。低合金耐蚀铸铁中含硅量对提高铸铁耐蚀性的影响没有这么大，但其强烈的石墨化能力可以在加入较高的络时降低铬的强烈的形成碳化物的作用而获得灰铸铁。(2)铬其电位与铁相近，钝化电流密度小，钝化电位范围宽，具有良好的钝化性能，是提高材料耐蚀性的最有效的合金元素之一，所以加入量为2.03.0，但同时出现白口可能性增加，有待强化孕育和适当提高硅含量解决。(3)镍其热力学稳定性比铁高，仍是一种钝化金属，加入镍提高铁的化学稳定性并促进钝化，使腐蚀电位正移，而且加入量越高正移越多，铸铁越耐蚀，无论是在氧化性气氛还是还原性气氛中都有很好的耐蚀性。(4)铜其电极电位较正，在铸铁腐蚀过程中活化阴极使机体(阳极)钝化，使铸铁耐蚀性得以提高，或富集于基体金属表面的锈层中改善锈层的保护性能，增强活化阴极作用而提高铸铁耐蚀性，一般加入2%即可提高铸铁在海水中的耐蚀性，铜在铸铁中溶解度有限，高于溶解度的铜处于游离态，当铸铁锈蚀后这些游离铜富集于锈层中仍能提高铸铁的耐蚀性。(5)稀土金属稀土金属是活性极高的化学元素，加入钢铁中的作用一是净化二是合金化。稀土金属元素与氧、硫、磷、氮、氢等有极强的亲和力，与砷、锑、铅、铋、锡等形成高熔点的化合物，所以稀土金属的去气去杂质的作用很强，从而改善组织，提高力学性能和化学性能；稀土金属在钢铁中溶入碳化物、基体和形成夹杂物，各占的比例因加入量的不同而有差异，大约各占加入量的50%60%、30%40%、3°/。左右，在铁中的溶解度一般不超过0.5%。加入稀土金属主要作用是通过净化作用、细化组织来提高综合力学性能及耐蚀性。(6)磷和其他某些元素也可改善铸铁的耐蚀性，但降低力学性能，对于受力大的工件是不利的，而在某些受力较小的工况条件下可以允许磷高一些。本发明的低合金铸铁的冶炼工艺为用中频感应炉或电弧炉等熔炼设备熔化铁水，熔清后即可加入镍与铬铁合金炉料，冶炼温度控制在14601500°C，精炼后期加入锰铁、硅铁调节其含量并作为脱气脱氧工艺操作，出炉前加入稀土合金进一步脱气脱氧；出炉温度控制在14401480°C，出炉时用高效孕育剂进行包内或随铁水流强化孕育；浇注温度13801420°C，浇注时进行随流或型腔内瞬时孕育。本发明的有益积极效果是(l)本发明的海水工程用耐蚀铸铁考虑了铬、镍、铜等提高铸铁耐蚀性的合金元素的综合作用，在减少镍含量降低了成本的情况下，这种耐海水腐蚀铸铁的耐蚀性能不低于镍铬系合金耐蚀铸铁的耐蚀性能；(2)本发明的海水水工工程用耐蚀铸铁在保证不降低材料耐蚀性能的情况下，由于降低了镍含量大大降低了成本，按目前市场价格计算成本可以降低40%60%，具有很好的经济效益；(3)本发明的海水水工工程用耐蚀铸铁减少了稀贵金属镍的含量，节约了贵重金属资源，降低了社会能源综合消耗，具有显著的社会效益。(4)本发明的合金铸铁适宜于制作海水水工工程部件，也可以制作便于检修更换的耐海水腐蚀的设施或设备的零部件，如闸门的顶槛、底槛、侧轨等设备。具体实施例方式实施例一一种海水工程用耐蚀铸铁性材料，用于拦海大坝闸门顶槛底槛侧轨等铸件，含有(重量百分比)镍Ni0.92，铬Cr1.72，硅Si1.92，碳C2.95，锰Mn0.72，铜Cu2.45，稀土元素RE0.15，杂质控制在P《0.12和S《0.06，按照上述设计成分计算出所应用的铁合金种类、数量，利用中频感应炉或电弧炉熔化铁水，在熔化后期加入铁合金，稀土元素用稀土硅铁合金在出炉前加入，出炉温度控制在14401480。C，出炉时用长效强化孕育剂进行铁水包内强化孕育，并在浇注时进行随流瞬时孕育，浇注温度控制在13801420。。。经检测和试验，铸件具有良好的综合力学性能和良好的耐海水腐蚀性能，完全符合水利工程设计对耐蚀铸铁性能的要求，检测结果如下表l。该铸铁材料每吨含Ni9.2公斤，成本2300元，降低了约2700元钱，Cr和Cu含量增加成本约1000元钱，共计节约成本约1700元钱。表l.实施例一产品性會<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例二一种海水工程用耐蚀铸铁性材料，用于制造海水淡化、电站的海水冷却等设施的水泵叶轮、壳体、管道等铸件，含有(重量百分比)镍Ni0.62，铬Cr2.42，硅Si2.23，碳C3.42，锰Mn0.91，铜Cu2.92，稀土元素REO.15，杂质控制在P《0.12和S《0.06，按照上述设计成分计算出所应用的铁合金种类、数量，利用中频感应炉或其他熔炼炉熔化出铁水，在熔化后期加入铁合金，稀土元素用稀土硅铁合金在出炉前加入，出炉温度控制在14401480。C，出炉时用长效强化孕育剂进行铁水包内强化孕育，并在浇注时进行随流瞬时孕育，浇注温度控制在13801420°C。经检测和试验，铸件具有良好的综合力学性能和良好的耐海水腐蚀性能，完全符合海水工程对耐腐蚀铸铁材料的性能要求，检测结果如下表2。该铸铁材料每吨含Ni6.2公斤，成本1550元，降低了约3450元钱，Cr和Cu含量增加成本约1400元钱，共计节约成本约2050元钱。表2.实施例二产品性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例三一种海水工程用耐蚀铸铁性材料，用于制造海水淡化、电站的海水冷却等设施的水泵叶轮、壳体、管道等铸件，含有(重量百分比)镍Ni1.58，铬Crl.61，硅Si2.23，碳C3.42，锰Mn0.91，铜Cul.64，稀土元素REO.15，杂质控制在P《0.12和S《0.06。按照上述设计成分计算出所应用的铁合金种类、数量，利用中频感应炉或其他熔炼炉熔化出铁水，在熔化后期加入铁合金，稀土元素用稀土硅铁合金在出炉前加入，出炉温度控制在14401480。C，出炉时用长效强化孕育剂进行铁水包内强化孕育，并在浇注时进行随流瞬时孕育，浇注温度控制在13801420°C。经检测和试验，铸件具有良好的综合力学性能和良好的耐海水腐蚀性能，完全符合海水工程对耐腐蚀铸铁材料的性能要求，检测结果如下表2。该铸铁材料每吨含Ni15.8公斤，成本3950元，降低了约1050元钱，Cr和Cu含量增加成本约300元钱，共计节约成本约750元钱。表3.实施例三产品性能试样状态抗拉强度ob/MPa抗弯强度obb/MPa硬度HB腐蚀率腿/a铸态2603605506802403600.100.40从上述检测结果可以看出，本发明的低合金铸铁虽减少了镍含量，但耐蚀性能和机械性能并没有降低，而且成本大大降低。上述实施例中当用于受力较小的工况条件下的铸件，还可以含有0<AL《0.4和0〈Sb《0.1，余量为铁Fe，或者其中一种。权利要求1、一种耐海水腐蚀的低合金铸铁，其特征是，以重量百分比为单位，它含有镍Ni0.6-1.6，铬Cr1.5-3.0，硅Si1.8-2.8，碳C2.8-3.6，锰Mn0.6-1.0，铜Cu1.5-3.0，稀土元素RE0.1-0.3，铝Al≤0.4，锑Sb≤0.1，杂质P≤0.12，杂质S≤0.06，余量为铁Fe。2、如权利要求1所述的耐海水腐蚀的低合金铸铁，其特征是，它含有镍Ni0.92，铬Cr1.72，硅Si1.92，碳C2.95，锰Mn0.72，铜Cu2.45，稀土元素RE0.15，杂质P《0.12，杂质S《0.06，余量为铁Fe。3、如权利要求1所述的耐海水腐蚀的低合金铸铁，其特征是，它含有镍Ni0.62，铬Cr2.42，硅Si2.23，碳C3.42，锰Mn0.91，铜Cu2.92，稀土元素RE0.15，杂质P《0.12，杂质S《0.06，余量为铁Fe。4、如权利要求1所述的耐海水腐蚀的低合金铸铁，其特征是，它含有镍Ni1.58，铬Cr1.61，硅Si2.23，碳C3.42，锰Mn0.91，铜Cul.64，稀土元素RE0.15，杂质P《0.12，杂质S《0.06，余量为铁Fe。5、如权利要求1或2或3或4所述的耐海水腐蚀的低合金铸铁，其特征是，它还含有0〈AL《0.4或0〈Sb《0.1，余量为铁Fe。6、如权利要求1或2或3或4所述的耐海水腐蚀的低合金铸铁，其特征是，它还含有0〈AL《0.4和0〈Sb《0.1，余量为铁Fe。全文摘要本发明公开了一种耐海水腐蚀的低合金铸铁，主要用于制作海水水工工程部件，以重量百分比为单位，它含有镍Ni0.6-1.6，铬Cr1.5-3.0，硅Si1.8-2.8，碳C2.8-3.6，锰Mn0.6-1.0，铜Cu1.5-3.0，稀土元素RE0.1-0.3，铝Al≤0.4，锑Sb≤0.1，杂质P≤0.12，杂质S≤0.06，余量为铁Fe。本发明的海水工程用耐蚀铸铁考虑了铬、镍、铜等提高铸铁耐蚀性的合金元素的综合作用，在减少镍含量降低了成本的情况下，这种耐海水腐蚀铸铁的耐蚀性能不低于镍铬系合金耐蚀铸铁的耐蚀性能。文档编号C22C37/00GK101225496SQ200810014098公开日2008年7月23日申请日期2008年1月31日优先权日2008年1月31日发明者孙宏飞,毕继鑫,渠智彦,王灿明申请人:山东省耐磨耐蚀材料工程技术研究中心