CN108754297B

CN108754297B - 一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁及其制备方法

Info

Publication number: CN108754297B
Application number: CN201810955529.7A
Authority: CN
Inventors: 毛正石; 李泽; 周霄; 姜作砚; 臧彦来; 郭振峰
Original assignee: CNR Dalian Locomotive and Rolling Stock Co Ltd
Current assignee: CRRC Dalian Co Ltd
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2019-08-13
Anticipated expiration: 2038-08-21
Also published as: CN108754297A

Abstract

本发明提供一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁及其制备方法。其中该蠕墨铸铁的化学成分按重量百分数计为：C：3.5～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.001～0.3％、P：0.001～0.035％、S：0.001～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.1～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。该蠕墨铸铁能够耐海水腐蚀且铸造工艺性能良好，尤其适用于铸造船用柴油机气缸盖等关键部件，并具有生产成本低的优势。

Description

一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，具体涉及一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁及其制备方法，尤其涉及一种耐海水腐蚀且具有良好铸造性能的合金蠕墨铸铁及其熔炼工艺。

背景技术

海水是含盐浓度很高的天然电解质，是天然腐蚀剂中腐蚀性最强的介质之一。近几年，随着我国造船业、海上装备业的飞速发展，海洋环境下耐蚀材料的需求也越来越高。

铸铁是含硅的高碳铁合金，一般碳含量大于2％、硅含量在1％～3％之间。因具有良好的机械性能、耐磨性能、吸振性能和价廉等优点，铸铁材料是机器制造、交通运输、石油化工等领域最主要的铸造材料。早在20世纪30年代，国外研究人员就已经开始研究铸铁在海水中的腐蚀行为。

普通铸铁在大气、水和一般中性溶液中都具有相当好的耐蚀性能，但是在海水中的耐蚀性较差。典型的特种耐蚀铸铁主要以高硅耐蚀铸铁、高镍耐蚀铸铁和高铬耐蚀铸铁为主。其中高硅耐蚀铸铁的硅含量一般为10％～18％，其具有片状石墨加铁素体的金相组织。但是高硅耐蚀铸铁的化学成分及金相组织特点，决定其材料特性为硬而脆，且力学性能较低，因此不适用于制造承受较大冲击载荷、交变负荷或者温度突变的零部件。高镍耐蚀铸铁中镍含量一般为15％～35％，具有片状石墨加奥氏体体或者球状石墨加奥氏体的金相组织。高镍耐蚀铸铁的化学成分及其金相组织特点，决定其收缩率大、加工性能差，因此不适用于制造结构复杂、尺寸精度要求高、需大面积加工的铸件。并且镍属于贵重合金，因此增大了高镍耐蚀铸铁的原料成本。高铬耐蚀铸铁中铬含量一般为20％～36％，其组织为合金基体加碳化物。高铬耐蚀铸铁流动性差，铁液氧化倾向大，收缩和热裂倾向更大，不适用于铸造工艺复杂的铸件。

由此可见，普通铸铁以及特种铸铁虽各有优势，但并不能同时兼顾耐海水腐蚀性能和加工铸造性能，因此难以满足海洋工业领域的要求，尤其是对于船舶、海上装备中的某些关键部件，比如柴油机用气缸盖，其具有形状复杂、壁厚差大、服役工况恶劣等特点，上述普通铸铁及特种铸铁材料均不能满足要求，因此如何提升铸铁性能是目前研究的难点。

专利申请CN104651706A中公开的耐二氧化碳腐蚀的铸铁，其化学成分按重量百分数计为：C：2.6～3.2％、Si：1.6～2.2％、Cu：0.6～1.2％、Mn：0.4～0.8％、Cr：0.5～1％、Ni：0.6～1.2％、P≤0.1％、S≤0.1％，余量为Fe。制备方法为：中频炉熔炼砂型浇注，再经淬火热处理。由于该铸铁属于灰口铸铁，材料的力学性能相对较低，且针对的使用环境为二氧化碳气体，并不能完全符合海水环境的要求。况且需经淬火热处理，生产难度大、成本高、效率低，因此该类材料铸造不适合气缸盖这类复杂铸件的制造。

专利申请CN102260817A中公开的高强度耐高温耐腐蚀铸铁，其化学成分为：C：2.7～2.9％、Si：1.5～1.8％、Mn：0.6～0.8％、Al：4.0～6.0％、Cu：1.5～1.8％、Mo：0.4～0.5％、Cr：1.0～2.0％、P≤0.05％、S≤0.05％，余量为Fe。制备方法为：中频炉熔化，经过孕育化处理砂型浇注后退火处理。该技术所涉及铸铁材料主要为提高耐热性能，由于加入了大量的铝，因此铸造工艺性能较差，也不适合气缸盖这类复杂铸件。

专利申请CN102268586A中公开的耐腐蚀铸铁，其化学成分为：C：2.8～3.2％、Si：1.6～2.2％、Mn：0.4～0.8％、Cu：0.6～1.2％、Ni：0.6～1.2％、Cr：0.5～1.0％、P：0.05～0.09％、S：0.05～0.06％，余量为Fe。制备方法为：中频炉熔化，经过孕育化处理砂型浇注后退火处理。该技术所涉及铸铁材料为灰铸铁，材料力学性能较低，针对的使用环境为腐蚀性气体，并不符合海水环境的要求。

由此可见，虽然对铸铁做了多种形式的改进，但是仍旧不能同时兼顾耐海水腐蚀性能及铸造加工性能，难以满足造船业和海上装备业中所需气缸盖等关键部件的基本要求。鉴于蠕墨铸铁综合了灰铸铁和球磨铸铁的优良性能，同时还具有极高的性价比，因此得到了越来越多的关注。

专利申请CN102071371A中公开的耐蚀铸铁，就是以蠕墨铸铁为基体，在基体上分布着由铁丝形成的金属丝团，铁丝占材料体积百分比5～40％。蠕墨铸铁基体的化学成分为：C：3.3～3.5％、Si：3.7～3.9％、Mn：0.1～0.4％、Dy、0.4～0.7％、Zr：0.4～0.7％、P≤0.03％、S≤0.025％，余量为Fe。制备方法为：将经过蠕化处理的铁液浇注到放入镀铬铁丝和镀钴铁丝的铸型中。该技术所涉及铸铁材料将铁丝镶嵌入蠕墨铸铁的基体组织中，靠其发生反应形成的特殊化合物提高耐蚀性。但是此种加工工艺对材料的基体组织割裂作用严重，不适合气缸盖这类对于气密性要求高的铸件，且其生产工艺特殊，生产难度大，不利于产品的稳定。

由此可见，现有铸铁乃至蠕墨铸铁，由于不耐海水腐蚀、铸造工艺性能较差，不能满足造船业和海上装备业中所需气缸盖等关键部件的基本要求。因此，设计一种满足上述要求的蠕墨铸铁，是目前仍旧有待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其同时具有良好的铸造工艺性能和耐海水腐蚀性能，尤其适用于制造船用柴油机气缸盖等关键部件。

本发明还提供一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁的制备方法，该制备方法不仅使蠕墨铸铁具有良好的铸造工艺性能，而且大大提升了耐海水腐蚀性能。

本发明还提供一种气缸盖，其是采用上述耐海水腐蚀的蠕墨铸铁加工铸造得到。该气缸盖能够很好的适应海洋环境下的恶劣工况。

为实现上述目的，本发明所提供的一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其化学成分按重量百分数计为：C：3.5～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.001～0.3％、P：0.001～0.035％、S：0.001～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.1～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

根据本发明的技术方案，实际提供的是一种合金蠕墨铸铁。通过合理设置各元素之间的比例，尤其是多种合金元素之间的组合，使合金蠕墨铸铁具有良好的加工铸造性能和耐海水腐蚀性能。并且，由于合金元素在整个蠕墨铸铁中的占比非常小，特别是镍等贵重金属元素含量较低，因而使整个蠕墨铸铁的原料成本较低。

进一步调整各元素之间的比例，有利于得到性能更加突出和可控的蠕墨铸铁，在本发明具体实施过程中，一般控制蠕墨铸铁的化学成分按重量百分数计为：C：3.6～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.2～0.3％、P：0.025～0.035％、S：0.005～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.10～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

碳当量CE是钢或铸铁中碳元素的含量，一般铸铁的碳当量计算公式为：CE＝[C+0.3(Si+P)+0.4S-0.03Mn]，式中各元素代表相应元素的重量百分比。

合理控制碳当量及合金元素组成既能够保证加工过程中铁液的石墨化，又能提升耐海水腐蚀性能。在本发明具体实施过程中，通常控制蠕墨铸铁的碳当量为4.4％～4.6％。

进一步的，本发明中，一般控制该蠕墨铸铁的蠕化率大于60％，一般控制在65％～95％，而在具体实施过程中，一般能达到65～80％，珠光体含量为60～70％，具有该金相组织的蠕墨铸铁具有更为突出的表现。

在本发明具体实施过程中，该蠕墨铸铁是按照包括有如下步骤的方法制备得到：

配置原料并对配置好的原料进行熔炼，使所得到的铁液中除Si、Ca、Ti、Zr、Mg和稀土元素之外的其它元素的含量符合所述蠕墨铸铁的化学成分要求，即熔炼得到的铁液具有如下的元素组成：C：3.5～3.7％、Mn：0.001～0.3％、P：0.001～0.035％、S：0.001～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％，余量为Fe以及不可避免的杂质；

一般情况下，熔炼完成后得到铁液具有如下的元素组成：C：3.6～3.7％、Si：1.6～1.8％、Mn：0.2～0.3％、P：0.025～0.035％、S：0.005～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％，余量为Fe以及不可避免的杂质；

将稀土镁硅铁合金、硅钙合金、硅铁孕育剂和覆盖剂依次分层装入处理包中，将钛铁放在稀土镁硅铁合金的对面并被堤坝隔开，将上述铁液加入到浇包中进行蠕化处理，同时随流加入硅钡孕育剂，最终使蠕化处理完成后的铁液中Si、Ca、Ti、Mg和稀土元素的含量达到上述蠕墨铸铁的化学成分要求，即Si的含量达到2.8～3.0％、Ca的含量达到0.05～0.10％、Ti的含量达到0.1～0.2％、Mg的含量达到0.01～0.02％、稀土元素的含量达到0.01～0.02％；

将蠕化处理完成后的铁液浇注成型，随流加入含锆孕育剂，使浇注成型得到的蠕墨铸铁中Zr的含量达到蠕墨铸铁的化学成分要求，即Zr的含量为0.01～0.02％。

不同于目前传统蠕化工艺中采用稀土系合成蠕化剂的方式，本发明在蠕化过程中选择了Mg、Ca和稀土元素(RE)作为蠕化元素，并采用Ti作为干扰元素，获得了更加理想的蠕虫状石墨组织，使最终得到的蠕墨铸铁具有突出的性能；并且，进一步结合三次不同方式的孕育处理，即分别为出炉时的一次随流孕育、蠕化过程中的包内孕育以及浇注时的二次随流孕育，进一步确保所得蠕墨铸铁具有均匀良好的组织，改善了蠕墨铸铁的加工铸造性能并进一步避免了局部腐蚀，提高了其耐海水腐蚀性能。

本发明还提供上述耐海水腐蚀的蠕墨铸铁的制备方法，包括：

配置原料并对配置好的原料进行熔炼，使所得到的铁液中除Ti、Ca、Zr、Mg和稀土元素之外的其它元素的含量符合上述蠕墨铸铁的化学成分要求，即，熔炼得到的铁液具有如下的元素组成：C：3.5～3.7％、Si：1.8～2.0％、Mn：0.001～0.3％、P：0.001～0.035％、S：0.001～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

将稀土镁硅铁合金、硅钙合金、硅铁孕育剂和覆盖剂依次分层装入处理包中，将钛铁放在稀土镁硅铁合金的对面并被堤坝隔开，将上述铁液加入到浇包中进行蠕化处理，同时随流加入硅钡孕育剂，最终使蠕化处理完成后的铁液中Si、Ca、Ti、Mg和稀土元素的含量达到所述蠕墨铸铁的化学成分要求，即蠕化处理完成所得到的铁液中：即Si的含量升高到2.8～3.0％、Ca的含量达到0.05～0.10％、Ti的含量达到0.1～0.2％、Mg的含量达到0.01～0.02％、稀土元素的含量达到0.01～0.02％；

将蠕化处理完成后的铁液浇注成型，随流加入含锆孕育剂，使浇注成型得到的蠕墨铸铁中Zr的含量达到上述蠕墨铸铁的化学成分要求，即Zr的含量达到0.01～0.02％。

本发明对于如何配置原料不做特别限定，可根据所需铁液的化学成分灵活、合理地选择适宜的原料并确定加入量。通常可根据上述元素组成要求，参照国家相关标准中对于不同牌号合金的主元素和杂质元素的记载范围，选择相应牌号的合金，经过合理调整其相对于铁液的加入质量，达到所预期的元素成分。

当然，在熔炼之前，应首先对原料进行清洁处理，比如抛丸处理，清除原料表面的蚀锈和油污，以保证所得铁液的成分稳定。

原料(或者说炉料)配置完成后，即可将配置好的原料加入到中频感应电炉中进行熔炼。本发明对于熔炼过程中原料的加入顺序不做特别限定，可以采用常规的加入顺序，通常为：首先加入生铁和钢板，待炉料熔清扒渣，然后加入镍板、电解铜、钼铁、铬铁、锡锭、锑、硅铁。

在本发明具体实施过程中，首先将80～90质量份的Q10高纯生铁和10～20质量份的Q345低合金碳素结构钢板一次加入到5T中频感应电炉中熔化，以调节铁液(或称为铁水)中的碳含量。待铁液熔清后，加入铁液质量4.5％左右的镍板、约0.35％的电解铜、约0.3％的钼铁、约0.5％的铬铁、约0.025％的锡、约0.0035％的锑、约1.6％的硅铁，然后将炉温升至1450℃，取光谱试样检测炉前成分，根据检测结果，若未达到下述成分要求，则适应性添加相应原料：

C：3.6～3.7％、Si：1.8～2.0％、Mn：0.2～0.3％、P：0.025～0.035％、S：0.005～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％，余量为Fe以及不可避免的杂质；

然后继续升温至1500℃并再次取样化验，直到铁液化学成分及其质量百分比达到上述要求的控制范围。最后将炉温升到1530～1540℃，静置1～3分钟后出炉。

本发明中，采用包底冲入法蠕化处理工艺，堤坝式浇包方式。不同于传统蠕化工艺中所常采用的稀土系合成蠕化剂，本发明采用Mg、Ca和稀土元素作为蠕化元素，并采用Ti作为干扰元素，通过选择具有不同球化速率的Mg、Ca以及稀土元素，并结合Ti的反球化，最终使石墨结晶为蠕虫状并获得非常理想的蠕化率，从而有利于使得到的蠕墨铸铁具有良好的综合性能；同时在蠕化过程中还引入了Ti元素，进一步有利于增强蠕墨铸铁的耐海水腐蚀性能。

具体的，事先将镁硅铁合金、硅钙合金、硅铁孕育剂和覆盖剂(比如FeSi20)依次分层装入处理包中，然后在上面均匀覆盖一层珍珠岩以及3～5mm厚的钢板，并将钛铁放在被堤坝隔开的另一侧，最后将出炉的铁液冲入浇包中，完成蠕化处理。

本发明中，孕育处理几乎贯穿了从铁液出炉到铁液进入型腔浇注的整个过程中。具体的，首先在蠕化处理之前进行了一次随流孕育，所使用的孕育剂为硅钡孕育剂，目前国内外使用的硅钡孕育剂的主要成分为Si：≥72％、Ba：1.0～2.0％、Ca：1.0～2.0％、Al：1.0～2.0％。具体的，控制出炉时铁液的温度为1530～1540℃，所使用硅钡孕育剂的粒度为5～10mm、硅钡孕育剂的加入量为铁液质量的1.9～2.1‰，一般为2kg/t。在该出炉温度下，采用此粒度的硅钡孕育剂，能够确保该孕育剂被铁液基本完全熔化和吸收，从而达到预期的孕育处理效果。

而在蠕化处理的过程中，也同时进行了孕育处理，即包内孕育，一般控制蠕化处理(或者包内孕育处理)的温度为1480～1500℃，所使用的硅铁孕育剂具体为75硅铁孕育剂，其粒径为5～50mm，硅铁孕育剂的加入量为铁液质量的5～6‰。在该温度下，不仅能够保证蠕化处理效果，而且采用此粒度的75硅铁孕育剂，能够确保该孕育剂被充分熔化和吸收，促进形核、达到细化晶粒的目的。同时，在蠕化处理过程中所加入的硅钙合金还起到了辅助孕育的作用，以进一步提高孕育效果。

蠕化处理完成之后的铁液即可用于浇注成型，具体可利用砂型进行浇注成型。本发明中，在浇注成型的过程中实施了二次随流孕育，控制随流孕育的温度为1360～1370℃，含锆孕育剂的粒径为0.2～0.7mm。在本发明具体实施过程中，所用含锆孕育剂具体为含锆复合孕育剂，其中Zr的含量为5～6％，该含锆孕育剂的加入量一般为铁液质量的1.8～2.3‰，通常为2kg/t。通过二次随流孕育，避免了铸铁孕育衰退现象的发生，并且向蠕墨铸铁中引入了特定量的Zr元素，从而进一步提高了蠕墨铸铁的耐海水腐蚀性能。

如上所述，本发明所提供的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，不仅具有良好的耐海水腐蚀性能，而且具有良好的铸造加工性能，因此能够很好的满足造船业、海上装备业中船舶机械设备中关键零部件的要求，尤其适用于加工制造船用柴油机气缸盖等形状复杂、壁厚差大、服役工况恶劣的关键部件。当然，对于普通的柴油机气缸盖或其它工业零部件，同样也可以以上述蠕墨铸铁为原料加工得到。

本发明还提供一种气缸盖，是采用上述耐海水腐蚀的蠕墨铸铁铸造得到。该气缸盖可以是普通柴油机用气缸盖，尤其可以是船用柴油机气缸盖。

本发明提供了一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，通过合理设置各元素以及各元素所占的比例，尤其是选用了多种类的合金元素并保持较高的碳当量，使该蠕墨铸铁具有良好的铸造工艺性能和耐海水腐蚀性能，尤其能够满足船用柴油机气缸盖等形状复杂、壁厚差大、服役工况恶劣的关键部件的加工要求。

并且，该耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，镍等贵重金属含量不高，因此还具有原料成本低的优势。

本发明提供了上述耐海水腐蚀的蠕墨铸铁的制备方法，使用该制备方法所制得的蠕墨铸铁，铸造工艺性能好，流动性和收缩倾向与一般合金铸铁相近，且抗拉强度可达550MPa以上，伸长率达1.0％以上，尤其能够满足船用柴油机气缸盖等关键部件的工艺要求；同时，该蠕墨铸铁在80℃、3.5％NaCl溶液中，自腐蚀电流密度低于7μA/cm²、海水腐蚀率小于50mm/a，相较于普通蠕墨铸铁制得的气缸盖铸件，具有明显突出的耐海水腐蚀性能。

并且，采用该制备方法，能够使所得蠕墨铸铁的化学成分基本接近，相应的金相组织、力学性能和耐蚀性能等基本保持稳定，说明所得蠕墨铸铁乃至气缸盖铸件的性能能够保持稳定，因此该制备工艺具有非常好的可重复性和可实施性，从而使产品的良率得以保证。

同时，该制备方法的整个生产工艺过程简单，不需调质处理，使加工成本较低，随着高端海洋装备制造行业的高速发展，市场应用前景广阔。

本发明提供的气缸盖，由于是以上述耐海水腐蚀的蠕墨铸铁为原料加工铸造得到，因而能够使该气缸盖的基本性能得以保证，同时还具有良好的耐海水腐蚀性，适应海洋坏境中恶劣的工况。并且还气缸盖还具有加工成本低和原料成本低的特点。

附图说明

图1是实施例1中包底冲入法蠕化化处理的装包示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

1、熔炼过程

将80～90重量份的Q10高纯生铁和10～20重量份的Q345低合金碳素结构钢板一次加入5T中频感应电炉熔化。待铁液熔清后，加入相当于铁液质量约4.5％的镍板、约0.35％的电解铜、约0.3％的钼铁、约0.5％的铬铁、约0.025％的锡。约0.0035％的锑以及约1.6％的硅铁，然后将炉温升至1450℃，取光谱试样检测炉前成分，确定铁液是否具有如下的元素组成：

C：3.5～3.7％、Si：1.8～2.0％、Mn：0.2～0.3％、P：0.025～0.035％、S：0.005～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％，余量为Fe以及不可避免的杂质。若未达到上述要求，则适应性增加相应元素的原料，然后升温至1500℃再次取样化验，确定最终确定达到了上述要求。继续将炉温升到1530～1540℃，静置1～3分钟后出炉。

2、蠕化处理和孕育处理

如图1所示，采用包底冲入法进行蠕化处理，将稀土镁硅铁合金(RE：8.0～10％、Mg：8～10％)、硅钙合金(Ca：28％、Si：60％)、75硅铁、FeSi20覆盖剂依次分层装入处理包中，并均匀覆盖一层珍珠岩以及3～5mm厚的钢板；钛铁(TiSiFe)放在稀土镁硅铁的对面。其中稀土镁硅铁合金加入量为铁液质量的0.5％左右，硅钙合金的加入量为铁液质量的0.2％左右，钛铁加入量为铁液质量的0.66％左右。

将出炉的铁液冲入包底，首先与钛铁反应，然后经过堤坝缓冲越过堤坝，冲击加热处理包中的蠕化剂并进行一系列的物理化学反应，完成蠕化处理。

孕育处理几乎贯穿了铁液从出炉到浇注的整个过程，本实施例采用多种孕育方式结合多次孕育，即出炉时一次随流孕育+包内孕育+浇注时二次随流孕育，其中：

出炉时的一次随流孕育采用5～10mm的硅钡孕育剂，加入量相当于铁液质量的2kg/t左右，并控制出炉温度保持在1530～1540℃。

包内孕育采用粒度为5～50mm的FeSi75，相对于铁液的加入量为5～6kg/t左右，并控制包内孕育的温度为1480～1500℃；

浇注时二次随流孕育采用粒度为0.2～0.7mm的含锆(含5～6％的Zr)复合孕育剂，相对于铁液的加入量为2kg/t左右，并控制浇注时的温度为1360～1370℃。

3、生产结果

采用准确快速且可分析腐蚀机理的电化学腐蚀和工业生产中普遍采用的盐雾试验方法，对按上述生产步骤重复进行的其中六个批次(分别记为样品1至样品6)的合格气缸盖产品进行了化学成分、金相组织、机械性能及耐腐蚀检测，检测结果如下表1和表2所示：

表1化学成分检测结果(余量为Fe及不可避免杂质，单位wt％)

表2机械性能、金相组织、耐蚀性能检测结果

由上述表1和表2可知，采用本发明的制备方法，所得蠕墨铸铁的化学成分基本接近，相应的金相组织、力学性能和耐蚀性能等基本保持稳定，说明最终蠕墨铸铁乃至气缸盖铸件的性能基本保持稳定，因此该制备工艺具有非常好的可重复性和可实施性，产品的良率得以保证。

由上述表2可知，本发明所生产的蠕墨铸铁，铸造工艺性能好，流动性和收缩倾向与一般合金铸铁相近，满足气缸盖铸件的基本工艺要求，且抗拉强度可达550MPa以上，伸长率达1.0％以上；同时，耐海水腐蚀性能好，在80℃高温、3.5％NaCl水溶液(海水的平均盐度是35‰)中，自腐蚀电流密度低于7μA/cm²(远低于普通蠕墨铸铁气缸盖材质的20～30μA/cm²)，海水腐蚀率小于50mm/a(远低于普通蠕墨铸铁气缸盖材质的120～150mm/a)。

并且，本发明所生产蠕墨铸铁或气缸盖铸件，贵重合金量加入量不高，生产工艺过程简单，不需调质处理，原料成本和加工成本都较低，随着高端海洋装备制造行业的高速发展，市场应用前景广阔。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，其化学成分按重量百分数计为：

C：3.5～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.001～0.3％、P：0.001～0.035％、S：0.001～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.1～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质；

所述蠕墨铸铁是按照包括有如下步骤的方法制备得到：

配置原料并对配置好的原料进行熔炼，使所得到的铁液中除Si、Ca、Ti、Zr、Mg和稀土元素之外的其它元素的含量符合所述蠕墨铸铁的化学成分要求；

将稀土镁硅铁合金、硅钙合金、硅铁孕育剂和覆盖剂依次分层装入处理包中，将钛铁放在稀土镁硅铁合金的对面并被堤坝隔开，将上述铁液加入到浇包中进行蠕化处理，同时随流加入硅钡孕育剂，最终使蠕化处理完成后的铁液中Si、Ca、Ti、Mg和稀土元素的含量达到所述蠕墨铸铁的化学成分要求；

将上述蠕化处理完成后的铁液浇注成型，随流加入含锆孕育剂，使浇注成型得到的蠕墨铸铁中Zr的含量达到所述蠕墨铸铁的化学成分要求。

2.根据权利要求1所述的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，所述蠕墨铸铁的化学成分按重量百分数计为：

C：3.6～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.2～0.3％、P：0.025～0.035％、S：0.005～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.1～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，所述蠕墨铸铁的碳当量为4.4～4.6％。

4.根据权利要求2所述的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，所述蠕墨铸铁的碳当量为4.4～4.6％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，所述蠕墨铸铁的蠕化率为65～95％，珠光体含量为60～70％。

6.一种权利要求1-5任一项所述的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括：

将蠕化处理完成后的铁液浇注成型，随流加入含锆孕育剂，使浇注成型得到的蠕墨铸铁中Zr的含量达到所述蠕墨铸铁的化学成分要求。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，控制出炉的铁液的温度为1530～1540℃；所述硅钡孕育剂的粒度为5～10mm、加入量为铁液质量的1.9～2.1‰。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述蠕化处理的温度为1480～1500℃；所述硅铁孕育剂为75硅铁孕育剂，其粒径为5～50mm，加入量为铁液质量的5～6‰。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在浇注成型时，控制随流孕育的温度为1360～1370℃；所述含锆孕育剂的粒径为0.2～0.7mm。

10.一种气缸盖，其特征在于，是采用权利要求1-5任一项所述耐海水腐蚀的蠕墨铸铁铸造得到。