CN1020759C - 一种含镍奥氏体片状石墨铸铁 - Google Patents

Abstract

一种含镍的奥氏体片状石墨铸铁。特征是化学成分(重量%)为Ni4-8、Mn4-8、Cu1-5、Mo0.1-1.5、C2.5-3.5、Si1.7-3.7、S≤0.12、P≤0.10，Fe余量。优点是所含合金元素品种及含量少，节省贵重金属；铁水充型能力强，可铸造壁厚为1-2毫米的复杂铸件；铸件硬度低，机械加工性好；具有优良的抗腐蚀强度和抗腐蚀一磨损强度。

Description

本发明涉及一种铸铁合金，特别适用于在有摩擦和腐蚀介质条件下使用的含镍奥氏体片状石墨铸铁件。

对于铸铁合金件除需要具有良好的机械性能和机械加工等技术条件外，有的场合还要具有无磁性和高抗腐蚀、抗腐蚀-磨损强度，尤其是对于在具有硫化氢、氯离子、碳酸氢钠等强腐蚀介质条件的石油井、盐卤井等井下所使用的机件，如潜没电泵的叶轮、导壳、轴套等，对其均有如此要求。目前一般均采用国际标准ISO2892-1973中Ni-ReSiSt高镍耐蚀铸铁，其化学组成中镍含量为13.5-17.5%（重量比）。由于镍是紧缺贵重金属，所以使铸件成本增加，乃至影响经济的发展。

为了解决这个问题，人们通常的做法是研究在合金中选择替代镍的廉价合金元素，充分满足技术要求下的镍的经济含量。中国专利局审查部门检索到的美国专利US-4129309描述的铸铁合金，其化学重量百分比为碳1.8-4.0%、硅1-3%、锰6-12%、镍2-6%、铜5-7%、铬≤0.08%、铝0.3-2%、钛0.05-0.3%和余量铁。然而它的铁水流动充型能力和机械加工性不甚十分理想，以及合金元素品种较多操作难免不便。

本发明的目的在于克服公知技术不足之处提供一种含镍奥氏体片状石墨铸铁。

本发明的目的是这样实现的：

含镍奥氏体片状石墨铸铁，其化学成分（重量%）为Ni4-8、 Mn4-8、Cu1-5、Mo0.1-1.5、C2.5-3.5、Si1.7-3.7、S≤0.12、P≤0.10，Fe余量。

优点：铸铁合金中含合金元素品种和含量少，节省贵重金属;铁水流动充型能力强，能够铸造壁厚为1-2毫米的复杂铸件，;铸件硬度低，机械加工性好;具有优良的抗腐蚀、抗腐蚀一磨损强度。

下面详细说明依据本发明提出的实施例细节。

本发明为一种含镍奥氏体片状石墨铸铁，其化学成分（重量%）为Ni4-8、Mn4-8、Cu1-5、Mo0.1-1.5、C2.5-3.5、Si1.7-3.7、S≤0.12、P≤0.10，Fe余量。

本发明的化学组成成分设计是依据镍（Ni）是强烈奥氏体形成元素，在Fe-C-Si铸铁合金中可以扩大奥氏体区，降低奥氏体转变为马氏体的温度，获得在室温条件下稳定的奥氏体组织。奥氏体组织为无磁性。镍含量选择的出发点是它在合金中的经济含量，以及获得高抗腐蚀、抗腐蚀一磨损强度的铸铁件。将镍的含量减少至低于成分下限，会急剧恶化抗腐蚀强度和增加腐蚀一磨损损失;镍的含量增加至超过成分上限，既不经济也会增加腐蚀一磨损损失。

锰（Mn）也是强烈奥氏体形成元素，可以促使形成铸铁合金中室温下稳定的奥氏体组织，用廉价的锰部分替代镍同样得到无磁性的奥氏体组织，以及增加铸铁件的抗腐蚀、抗腐蚀一磨损强度。将锰含量减少至低于成分下限，则不能得到稳定的奥氏体组织，以及高抗腐蚀、抗腐蚀一磨损强度;将锰含量增加至超过成分上限，会增加奥氏体抗塑性变形能力，增加合金中碳化物的形成，从而使铸铁件增加硬度和脆性，恶化机械加工性能，以及机械强度显著下降。

铜（Cu）可以扩展合金中稳定的奥氏体组织，获得高抗腐蚀强度和综合机械性能，以及减少金相组织中碳化物。铜含量成分下限的选择是以获得稳定奥氏体组织和高抗腐蚀强度为条件;含量成分上限的选择是依据铜在铸铁合金中的最大溶解度，以及获得稳定的奥氏体组织和高抗腐蚀强度。将铜含量增加至超过成分上限，铜在合金中以游离状态存在，会降低铸件的综合机械性能。

钼（Mo）可使铸铁合金获得高抗腐蚀强度，尤其是对氯离子、硫化氢、碳酸氢钠等强腐蚀介质的高抗腐蚀强度，以及铸件的高机械强度。尽管钼是能力不强的促碳化物形成元素，设计得当会较小的影响硬度而获得高机械强度。将钼含量减少至低于成分下限，不能获得高抗腐蚀强度和高机械强度;将钼含量增加至超过成分上限，会增加铸件硬度，恶化机械加工性能。

碳（C）是铸铁合金中基本元素，也是促石墨化元素，碳通常以游离石墨形式存在于基体中。将碳含量减少至低于成分下限，会促进碳化物形成，恶化铁水流动性;含量增加至超过上限，会降低机械性能。

硅（Si）是强烈促石墨化元素，它固溶于奥氏体中，促进碳以石墨形式析出，且它形成的SiO₂膜可以使其获得高抗腐蚀强度。将硅含量减少至低于成分下限，不能获得充足的石墨化和高抗腐蚀强度;含量增加至超过成分上限，会使铸铁件增加硬度、脆性、恶化机械加工性能，以及降低机械强度。

以铸造潜设电泵的叶轮为例，其实施例的化学组成成分重量百分比列于表1。

表1

实施例    化学成分（重量%）

序号    镍    锰    铜    钼    碳    硅    铁    磷    硫

1    4.0    4.8    5.0    0.12    3.32    1.96    余量    ≤0.10    ≤0.12

2    5.0    8.0    2.5    1.5    2.63    3.18    余量    ≤0.10    ≤0.12

3    6.0    5.7    1.5    1.0    2.98    2.43    余量  ≤0.10    ≤0.12

4    7.5    4.1    4.0    0.7    2.78    2.26    余量    ≤0.10    ≤0.12

熔炼工艺：

1、按照表1所列的化学组成成分配比计算各种配料，并常规予热;

2、采用中频或工频感应电炉熔炼，将生铁、废钢装入炉内，全熔后依次装入钼铁、镍、铜、锰铁和硅铁;

3、炉内铁水升温后装入聚渣剂，如珍珠岩等，搅拌均匀扒渣后出炉;

4、铁水内加入合金孕育剂硅铁，进行孕育处理;

5、铁水温度在1420℃以上浇铸形状复杂最小壁厚为1-2毫米的叶轮。

对该铸造合金的性能进行大量实验，主要性能测试结果列于表2。

表2

序 抗拉 布氏 腐蚀速率（g/m²·h） 磨损试验 相对磨损

强度    硬度    99.9%硫    10%三氯    10%碳酸

σ_b化氢 化铁 氢钠

号 N/mm²H_B（100℃±3℃）（室温）（80～100℃）磨损值（g）值

1    204    150    0.038    9.05    0.013    0.2020    0.77

2    231    162    0.019    8.85    0.022    0.2078    0.79

3    227    154    0.024    8.70    0.017    0.1983    0.75

4    244    163    0.007    7.87    0.002    0.1391    0.71

注：①腐蚀试验是在腐蚀介质中挂片静置腐蚀的对比试验;

②磨损试验条件：线速度16.7m/Sec、磨料粒度≥200目、水润滑、试样负载荷420g;

③相对磨损值是以Ni-ReSiSt高镍铸铁（L-Ni    Cu    Cr    1562）的磨损值为1进行对比。

Claims (1)

1、一种含镍的奥氏体片状石墨铸铁，其特征是，化学成分(重量%)为Ni4-8、Mn4-8、Cu1-5、Mo0.1-1.5、C2.5-3.5、Si1.7-3.7、S≤0.12、P≤0.10，Fe余量。