CN110423937A - 一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁及其熔炼工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁及其熔炼工艺，具体包括以下重量百分比的元素：C：3.1‑3.3％，Si：1.9‑2.2％，Mn：0.8‑1.0％，P：≤0.06％，S：≤0.03％，Cr：0.15‑0.3％，Ni：0.05‑0.15％，Cu：0.05‑0.2％，Mo：0.15‑0.25％，轻稀土：0.02‑0.04％，余量为Fe。本发明通过电解铜、铬、镍、钼铁、轻稀土等合金元素的协同作用，增加了基体中珠光体的含量，珠光体的层片厚度与片间距明显减小，基体组织晶粒细小，一次结晶所形成的石墨片细致分散，较容易得到少量铁素体基体组织，有利于降低硬度，改善材料的韧性，冶金质量好、强度高。

Description

一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁及其熔炼工艺

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁及其熔炼工艺。

背景技术

灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80％以上，具有耐磨、耐热、耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱及好的减震性，同时，与其它合金相比具有熔点低、充型性好、加工性好、生产设施和成型过程简单以及成本低廉的优势；适于要求高、而截面不一的大型铸件。随着工业的发展，对灰铸铁性能的要求愈来愈高，不但要求它具有更高的力学性能，有时还要求它具有某些特殊的性能，如高耐磨性、耐热及耐蚀等；向灰铸铁铁液中加入一些合金元素，可获得具有某些特殊性能的合金铸铁，但它们大多脆性大，强度低，力学性能差。

中国专利号CN201110205156.X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；但由于加入了大量的铝，导致铸造性能较差；又例如中国专利号CN201310130200.4公开了一种共晶石墨灰铸铁连铸型材及其制造方法，由下述原料按所述质量百分比制备而成：C：3.40％-3.60％、Si：2.4％-2.9％、Mn：0.6％-1.0％、P：0.08％-0.15％、S：≤0.07％，Ti：0.06％-0.20％，Cu：0.3-0.80％、Fe：91.5％-93％，各原料总量为100％；但由于硅含量较高，其具有片状石墨加铁素体的金相组织，导致材料特性为硬而脆，力学性能较低；其次，上述两篇专利制备得到的铸铁硬度高、韧性低，不耐冲击磨损，在高温铝、锌液中的耐温性、耐蚀性性能差，铸铁中金相组织不一，力学性能不稳定，未完全石墨化的渗碳体在浸镀的高温条件下会发生石墨化，伴随体积的胀大，而后续冷却时，胀大的体积又急剧回缩，产生较大的内应力，从而使铸铁件基体组织形成裂纹，因此无法用于“热浸镀铝、锌”工艺进行表面改性，不适合沉没辊、稳定辊、校正辊、轴承座等系列铸件的铸造。

发明内容

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明目的在于提供一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁及其熔炼工艺。

一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁，包括以下重量百分比的元素：C：3.1-3.3％，Si：1.9-2.2％，Mn：0.8-1.0％，P：≤0.06％，S：≤0.03％，Cr：0.15-0.3％，Ni：0.05-0.15％，Cu：0.05-0.2％，Mo：0.15-0.25％，轻稀土：0.02-0.04％，余量为Fe。

C、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo、轻稀土在熔炼铁水的过程中加入；其中：Cu是强珠光体元素，且有促进石墨化的作用，加入量0.05-0.2％效果最佳。加入少量Ni，对壁厚很大的铸件如沉没辊等，可防止因冷却速度慢而导致的珠光体分解现象。Cr增加C在奥氏体中的溶解度，可阻碍铁素体生核成长，是强珠光体促成元素；但Cr有促渗碳体作用，会导致白口倾向增强，因此，Cr含量控制在0.15-0.3％。Mn通过稳定珠光体提高灰铸铁的强度和硬度。Mo是强碳化物生成元素，碳化物作为初生奥氏体结晶的非自发核心，使高碳当量灰铸铁中的初生奥氏体枝晶个数增多、枝晶细化，转化形成的珠光体也相对细小；但多余的Mo在凝固后期会以Mo₂C的形式析出，影响抗拉强度；因此，Mo含量控制在0.15-0.25％。轻稀土(RE)与硫、氧、氮等反应形成稳定的稀土化合物，一部分排除，使铁液净化，另一部分夹杂悬浮于铁液中，作为初生奥氏体结晶的非自发核心；其次，RE可以降低铁液中氢含量，氢含量高会增大铸铁过冷度，导致白口化增加，而减少氢含量，有利于增强合成灰铸铁的品质；再者，轻稀土可以形成金属间化合物，中和Cr的白口倾向。

采用上述的技术方案：用电解铜、铬、镍、钼铁、轻稀土等合金元素进行合金化处理，在高碳当量下获得高韧性和较低硬度的合金化灰铸铁；Cr增加C在奥氏体中的溶解度，阻碍铁素体生核成长，Cu能降低奥氏体转变的临界温度，共同促进珠光体的形成，Mo和RE形成碳化物和稀土化合物，作为初生奥氏体结晶的非自发核心，能够细化珠光体基体晶粒，再通过Mn和Ni稳定形成的珠光体，防止珠光体分解，上述元素协同作用，增加了基体中珠光体的含量，形成的晶粒也细小，珠光体的层片厚度与片间距明显减小。与普通灰铸铁相比，本申请的合金化灰铸铁铁液含硫量低，纯净度高，基体组织晶粒细小，一次结晶所形成的石墨片细致分散，较容易得到少量铁素体基体组织，有利于降低硬度，改善材料的韧性，冶金质量好、强度高。

进一步的，还包括以下重量百分比的元素：Zr：0.018-0.036％，La：0.008-0.016％。

Si、Ca、Ba、Al、Zr、La在孕育铁水的过程中加入；其中：

Si可以增强碳活度，促进石墨析出；且可强化基体；但Si过多会导致铁素体变多，力学性能差。因此，Si含量控制在1.9-2.2％。

锆(Zr)与C反应生成ZrC，作为石墨形核的核心，可增加共晶团数，细化共晶团晶粒；Ca和Ba活性高，与铁液中的氧和硫生成稳定化合物，有效净化铁液，由此也形成大量形核，进一步增加共晶团数，进而使得珠光体片间距减小，有利于获得均匀细小的A型石墨。

铼(La)的杂质形成能低，倾向于占据奥氏体-石墨晶界区；La在晶界区将提供更多的电子与石墨原子相互作用，使晶界结构更加稳定，尤其是A型石墨前端伸向铁水中的尖端，从而影响A型石墨延伸，使A型石墨变短、变粗，前端钝化，并且阻碍共晶团晶粒的生长，从而细化共晶团晶粒。

采用上述的技术方案：Si促进石墨的析出；Zr、Ca和Ba形成的碳化物和硫化物等作为石墨形核的核心，增加共晶团数并细化晶粒，促使珠光体片细化、片间距减小，引导生长过程中的石墨不断分枝、弯曲，而La占据晶界区，钝化石墨前端，进而形成弥散、均匀、无方向性分布的A型石墨，不易产生裂纹源，大大提高强度。

一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，包括以下步骤：

S1、合金熔炼：将增碳剂置于中频感应电炉，上置废钢和铸铁回炉料，1150-1180℃熔炼增碳，待炉底形成熔池后，依次加入镍板、锰铁、铬铁，继续熔炼，然后升温至1520-1550℃，加入钼铁和轻稀土，生成熔融态的铁水；在熔炼过程中，碳化物、稀土化合物等作为初生奥氏体结晶的非自发核心，产生非均质形核作用，形成的基体组织晶粒细小；材料的熔炼采用中频感应电炉，中频感应电炉可以实现对各个材料的熔炼，在生产过程中升温较快，并能够对熔炼的温度进行很好的控制。

S2、净化铁液：待熔炼温度回升至1580-1600℃时，加入电解铜，保温3min，进行铁水除渣，然后取样进行光谱成分分析，分析增碳情况及元素含量，调整成分；在热熔融的铁水中，电解铜粉末相当于无数小颗粒的冷铁，产生微区过冷，可以增大结晶驱动力，增加形核率，促进细小弥散的珠光体的形成；

S3、出铁水和孕育处理：孕育工艺采用包内孕育和随流孕育，包内孕育剂放于浇包底部，将炉内铁水冲入浇包内，并在出铁水质量占铁水总质量的1/2时，加入随流孕育剂；

S4、浇注成型。

进一步的，步骤S2中，所述电解铜经600℃±10℃烘烤预热后加入铁水内。

进一步的，步骤S3中，所述孕育剂的添加量为铁水质量的0.4-0.8％。

进一步的，所述包内孕育剂质量占孕育剂总量的60％，随流孕育剂质量占孕育剂总量的40％。

进一步的，所述孕育剂为改性硅钡孕育剂，所述孕育剂包括以下重量百分比的元素：Si：68％、Ba：8％、Ca：7％、Al：2％、Zr：4.5％、Re：2％，余量为Fe。

进一步的，步骤S3中，所述铁水出炉温度为1520-1550℃。

进一步的，步骤S1中，所述增碳剂为石油焦型石墨，固定碳含量≥99.29％，粒度1-5mm。

采用本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

1、本发明通过电解铜、铬、镍、钼铁、轻稀土等合金元素的协同作用，增加了基体中珠光体的含量，珠光体的层片厚度与片间距明显减小，基体组织晶粒细小，一次结晶所形成的石墨片细致分散，较容易得到少量铁素体基体组织，有利于降低硬度，改善材料的韧性，冶金质量好、强度高。

2、本发明的孕育剂，通过Si、Zr、Ca、Ba、La等元素的相互作用，显著改善了石墨的金相组织，有助于形成弥散、均匀、无方向性分布的A型3级石墨，配合层片厚度与片间距细小的珠光体，使裂纹不易萌生；进一步提高本发明的合金化灰铸铁的强度和韧性，其次，珠光体加A型石墨的组织提高了耐磨性，因此本发明的合金化灰铸铁的强度高，韧性好，抗拉强度高、耐冲击磨损性能好。

3、本发明的使用废钢和铸铁回炉料等作为主炉料以确保非金属合金元素的含量并引入少量金属合金元素，在保证灰铸铁冶金质量的前提下，显著降低了灰铸铁的原料成本。

4、本发明通过优化原料配比形成的合金化灰铸铁，由珠光体和铁素体形成并且具有小于0.5％的铁素体分数，渗碳体含量低，石墨化完全、A型石墨分布均匀，金相组织、力学性能和耐磨损、耐蚀性能稳定，铸铁后续加工过程体积膨胀系数小；且Mo、La、Cr、Cu等元素提高了铸铁的耐腐蚀性和耐高温性能，适用于沉没辊、稳定辊、校正辊、轴承座等系列铸件的铸造，且上述铸件可通过“热浸镀铝、锌”工艺进行表面改性，延长其使用寿命。

附图说明

图1是实施例6制备的合金化灰铸铁的石墨形态的金相图；

图2是实施例6制备的合金化灰铸铁的铸造组织的金相图；

图3是实施例6制备的合金化灰铸铁在高温铝液中浸泡48h后的铸造组织的金相图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁，由以下原料制成：废钢、高纯生铁、电解铜、硅铁、锰铁、铬铁、增碳剂、孕育剂，所述废钢、高纯生铁、电解铜、硅铁、锰铁、铬铁成分见表1，其熔炼工艺，包括以下步骤：

S1、合金熔炼：将增碳剂置于中频感应电炉，上置废钢和铸铁回炉料，1165℃熔炼增碳，待炉底形成熔池后，依次加入镍板、锰铁、铬铁和电解铜，继续熔炼，然后升温至1535℃，加入钼铁和轻稀土，生成熔融态的铁水；所述增碳剂为石油焦型石墨，固定碳含量≥99.29％，粒度1-5mm，购自福士科铸造材料(中国)有限公司)；

S2、净化铁液：待熔炼温度回升至1590℃时，保温3min，进行铁水除渣，然后取样进行光谱成分分析，分析增碳情况及元素含量，调整成分；

S3、出铁水和孕育处理：当铁水温度降至1535℃时出炉，孕育工艺采用包内孕育和随流孕育，包内孕育剂放于浇包底部，将炉内铁水冲入浇包内，并在出铁水质量占铁水总质量的1/2时，加入随流孕育剂；所述孕育剂的添加量为铁水质量的0.3％，所述包内孕育剂质量占孕育剂总量的60％，随流孕育剂质量占孕育剂总量的40％；所述孕育剂为硅钡孕育剂，购自福士科铸造材料(中国)有限公司)，所述孕育剂包括以下重量百分比的元素：Si：68％、Ba：8％、Ca：7％、Al：2％，余量为Fe；

S4、当铁液温度降至1350℃时进行浇注，浇注时间为95s。

实施例2

实施例2的熔炼工艺同实施例1，区别在于原料配比不同，且步骤S3、出铁水和孕育处理：当铁水温度降至1535℃时出炉，所述孕育剂的添加量为铁水质量的0.4％，所述孕育剂为改性硅钡孕育剂，包括以下重量百分比的元素：Si：68％、Ba：8％、Ca：7％、Al：2％、Zr：4.5％、Re：2％，余量为Fe，余量为Fe。

实施例3

实施例3的熔炼工艺同实施例1，区别在于原料配比不同，且步骤S3、出铁水和孕育处理：当铁水温度降至1535℃时出炉，所述孕育剂的添加量为铁水质量的0.6％，所述孕育剂为改性硅钡孕育剂，包括以下重量百分比的元素：Si：68％、Ba：8％、Ca：7％、Al：2％、Zr：4.5％、Re：2％，余量为FeSi：70％、Ba：7％、Ca：8％、Al：2％，Zr：6％，La：3％，余量为Fe。

实施例4

实施例4的熔炼工艺同实施例1，区别在于原料配比不同，且步骤S3、出铁水和孕育处理：当铁水温度降至1535℃时出炉，所述孕育剂的添加量为铁水质量的0.8％，所述孕育剂为改性硅钡孕育剂，包括以下重量百分比的元素：Si：68％、Ba：8％、Ca：7％、Al：2％、Zr：4.5％、Re：2％，余量为Fe，余量为Fe。

实施例5

一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，包括以下步骤：

S1、合金熔炼：将增碳剂置于中频感应电炉，上置废钢和铸铁回炉料，1180℃熔炼增碳，待炉底形成熔池后，依次加入镍板、锰铁、铬铁，继续熔炼，然后升温至1520℃，加入钼铁和轻稀土，生成熔融态的铁水；所述增碳剂为石油焦型石墨，固定碳含量≥99.29％，粒度1-5mm，购自福士科铸造材料(中国)有限公司)；

S2、净化铁液：待熔炼温度回升至1600℃时，加入经600℃±10℃烘烤预热的电解铜，保温3min，进行铁水除渣，然后取样进行光谱成分分析，分析增碳情况及元素含量，调整成分；

S3、出铁水和孕育处理：当铁水温度降至1520℃时出炉，孕育工艺采用包内孕育和随流孕育，包内孕育剂放于浇包底部，将炉内铁水冲入浇包内，并在出铁水质量占铁水总质量的1/2时，加入随流孕育剂；所述孕育剂的添加量为铁水质量的0.4％，所述包内孕育剂质量占孕育剂总量的60％，随流孕育剂质量占孕育剂总量的40％；所述孕育剂为改性硅钡孕育剂，包括以下重量百分比的元素：Si：68％、Ba：8％、Ca：7％、Al：2％、Zr：4.5％、Re：2％，余量为Fe；S4、当铁液温度降至1360℃时进行浇注，浇注时间为100s。

实施例6

一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，包括以下步骤：

S1、合金熔炼：将增碳剂置于中频感应电炉，上置废钢和铸铁回炉料，1165℃熔炼增碳，待炉底形成熔池后，依次加入镍板、锰铁、铬铁，继续熔炼，然后升温至1535℃，加入钼铁和轻稀土，生成熔融态的铁水；所述增碳剂为石油焦型石墨，固定碳含量≥99.29％，粒度1-5mm，购自福士科铸造材料(中国)有限公司)；

S2、净化铁液：待熔炼温度回升至1590℃时，加入经600℃±10℃烘烤预热的电解铜，保温3min，进行铁水除渣，然后取样进行光谱成分分析，分析增碳情况及元素含量，调整成分；

S3、出铁水和孕育处理：当铁水温度降至1535℃时出炉，孕育工艺采用包内孕育和随流孕育，包内孕育剂放于浇包底部，将炉内铁水冲入浇包内，并在出铁水质量占铁水总质量的1/2时，加入随流孕育剂；所述孕育剂的添加量为铁水质量的0.6％，所述包内孕育剂质量占孕育剂总量的60％，随流孕育剂质量占孕育剂总量的40％；所述孕育剂为改性硅钡孕育剂，包括以下重量百分比的元素：Si：68％、Ba：8％、Ca：7％、Al：2％、Zr：4.5％、Re：2％，余量为Fe；S4、当铁液温度降至1360℃时进行浇注，浇注时间为100s。

实施例7

一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，包括以下步骤：

S1、合金熔炼：将增碳剂置于中频感应电炉，上置废钢和铸铁回炉料，1150℃熔炼增碳，待炉底形成熔池后，依次加入镍板、锰铁、铬铁，继续熔炼，然后升温至1550℃，加入钼铁和轻稀土，生成熔融态的铁水；所述增碳剂为石油焦型石墨，固定碳含量≥99.29％，粒度1-5mm，购自福士科铸造材料(中国)有限公司)；

S2、净化铁液：待熔炼温度回升至1580℃时，加入经600℃±10℃烘烤预热的电解铜，保温3min，进行铁水除渣，然后取样进行光谱成分分析，分析增碳情况及元素含量，调整成分；

S3、出铁水和孕育处理：当铁水温度降至1550℃时出炉，孕育工艺采用包内孕育和随流孕育，包内孕育剂放于浇包底部，将炉内铁水冲入浇包内，并在出铁水质量占铁水总质量的1/2时，加入随流孕育剂；所述孕育剂的添加量为铁水质量的0.8％，所述包内孕育剂质量占孕育剂总量的60％，随流孕育剂质量占孕育剂总量的40％；，所述孕育剂为改性硅钡孕育剂，包括以下重量百分比的元素：Si：68％、Ba：8％、Ca：7％、Al：2％、Zr：4.5％、Re：2％，余量为Fe；S4、当铁液温度降至1340℃时进行浇注，浇注时间为90s。

对比例1

HT300灰铸铁

对比例2

对比例2与实施例6基本相同，其区别在于，所述轻稀土元素含量为0.01％。

对比例3

对比例3与实施例6基本相同，其区别在于，所述轻稀土元素含量为0.05％。

对比例4

对比例4与实施例6基本相同，其区别在于，步骤S3孕育剂的添加量为铁水质量的为0.1％。

对比例5

对比例5与实施例6基本相同，其区别在于，包括以下重量百分比的原料：步骤S3孕育剂的添加量为铁水质量的为1.0％。

应用例 性能检测

对上述实施例1-7和对比例1-7制备的合成灰铸铁进行化学成分、机械性能、金相组织检测，其中化学成分检测结果如表2所示，机械性能和金相组织检测结果如表3～4所示，石墨形态和基体组织的金相照片分别如图1和图2所示。

抗拉强度测定方法：参照中国标准GB-T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》；

布氏硬度测定方法：参照中国标准GB231-84《金属硬度测试方法》；

石墨形态和铸造组织的金相组织测定：参照中国标准GB/T 7216-1987《灰铸铁的金相组织标准》。

熔铝腐蚀试验：将测试试件(试样尺寸为φ28mm×10mm的圆柱)放入680℃的Al-10％Si熔液，试样取出后测量其测量侧面腐蚀层深度，其结果如表5所示。

表1试验原材料的化学成分(wt％)

原料	C	Si	Mn	P	S	Cu	Cr	Ni	Mo	V	Fe
												废钢	0.16	0.30	0.50	≤0.04	≤0.045	-	-	-	-	-	余量
高纯生铁	3.65	0.38	0.01	0.006	0.007	-	-	-	-	0.002	余量
												硅铁	0.06	72.6	-	0.034	0.08	-	-	-	-	-	余量
锰铁	6.7	2.0	65	0.2	0.03	-	-	-	-	-	余量
												铬铁(高碳)	8.62	1.4		0.019	0.043	-	56.01	-	-	-	余量
铬铁(微碳)	0.06	0.9	-	0.025	0.025	-	56	-	-	-	余量
												钼铁	0.041	0.38	-	0.036	0.075	-	-	-	55.06	-	余量
电极铜	-	-	-	-	-	≥99.95	-	-	-	-	-
												镍板	-	-	-	-	-	-	-	≥99.97	-	-	-

表2元素成分检测结果(wt％)

表3金相组织检测结果

表4力学性能检测结果

	抗拉强度σb(MPa)	布氏硬度HBS(HB)
			实施例1	324	204
实施例2	333	205
			实施例3	337	207
实施例4	335	208
			实施例5	340	203
实施例6	345	215
			实施例7	342	209
对比例1	300	231
			对比例2	286	252
对比例3	291	248
			对比例4	297	239
对比例5	302	234

表5熔铝腐蚀试验检测结果

合成灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关，即合成灰铸铁的强度和综合质量主要由微观结构决定。本发明通过优化上述配比，合成所得的合金化灰铸铁的各元素成分的质量百分比为：C：3.1-3.3％，Si：1.9-2.2％，Mn：0.8-1.0％，P：≤0.06％，S：≤0.03％，Cr：0.15-0.3％，Ni：0.05-0.15％，Cu：0.05-0.2％，Mo：0.15-0.25％，轻稀土：0.02-0.04％，Zr：0.018-0.036％，La：0.008-0.016％，余量为Fe。在该配比范围内，合金化灰铸铁由珠光体和铁素体形成并且具有小于0.5％的铁素体分数，石墨片全部为A型，石墨长度为3级，且石墨片细小，弥散度高，珠光体和A型石墨的综合作用使得合金化灰铸铁金相组织、力学性能稳定优异，冶金质量好，耐蚀性能、耐磨损能力强，见表3和表4。

以实施例6制得的灰铸铁为例，石墨形态和基体组织的金相照片分别如图1和图2所示，由图中可以看出，本申请的合金化灰铸铁基体组织珠光体含量99.9％，珠光体的片间距相对细小，A型石墨片细小，弥散度高、均匀、弯曲，大尺寸石墨数量显著减少，石墨长度3级；经检测本发明合金化灰铸铁的σb超过了HT300灰铸铁，介于324-345MPa，硬度较HT300灰铸铁低HB10以上(见表4)。并以实施例6制得的合成化灰铸铁为例，在680℃进行高温抗拉强度试验，测得其抗拉强度为205MPa，断裂位置有斜拉特征(塑性)，晶粒有撕裂，沿晶和准解理复合断裂，热强性好，铸件不易产生变形；由于长时间浸于Al-10％Si熔液，组织稍有变化(图3)，珠光体含量降低为98.2％，但石墨形态无变化，这是由于原始合金化铸铁的珠光体含量极高，石墨化完全，高温下不易发生分解，不会引起体积膨胀而使铸件破坏，裂缝浅，因此，本实施例1～7制备的合金化灰铸铁的高温铝液抗蚀性大大提升，可应用于热浸度铝、锌工艺进行表面改性。

实施例1采用市售孕育剂为例，生产的A型石墨片中存在大尺寸石墨，A型石墨组织的均匀性降低，珠光体含量98.5％，基体组织稍显粗大、不致密，实施例2～4相比于实施例1，采用本发明的孕育剂，孕育剂中加入Zr和La，有利于形成弥散、均匀、无方向性分布的A型石墨，且基体组织晶粒细小，一次结晶所形成的石墨片细致分散，铁素体含量低，得到的灰铸铁金相组织和力学性能为：珠光体含量大于99.5％，A型石墨，石墨长度3级，力学性能更优，耐蚀性更强，因此本发明的孕育剂的孕育效果优于市售孕育剂。

实施例5～7相比于实施例2～4，电解铜添加时间延后，随包内孕育剂加入，相比于现有技术中电解铜随其它合金元素入，延后加入，在热熔融的铁水中，电解铜粉末相当于无数小颗粒的冷铁，可以产生微区过冷，增大结晶驱动力，增加形核率，有利于促进细小弥散的珠光体的形成；配合其本身的降低奥氏体转变温度的功能，进一步提升本发明的合金化灰铸铁的性能。

对比例1为市售HT300灰铸铁，相比于实施例1～7，不添加电解铜、铬、镍、钼铁、轻稀土等合金元素，金相组织中除珠光体外，还含有较多的铁素体和共晶莱氏体，石墨类型为A、D、E型，石墨长度2～4级，硬度高，但韧性低，不耐磨损和高温腐蚀、不利于后续加工；而实施例1～7添加电解铜、铬、镍、钼铁、轻稀土等合金元素，尤其是随着轻稀土的加入，铁液中初生奥氏体枝晶数量增多，由于共晶反应是在奥氏体枝晶间进行，奥氏体空间结构越复杂、枝晶间距越小，越容易获得细小、弯曲的石墨组织，配合孕育剂的作用，共晶团数量也相应升高，可细化珠光体和共晶团，改善拉伸强度和硬度，提高韧性、耐磨性和抗腐蚀能力。

对比例2和对比例3相比于实施例5～7，轻稀土含量过低，导致铁液中初生奥氏体枝晶数量减少，珠光体含量降低、渗碳体含量增加、石墨片分散不均匀，石墨化不完全还将导致高温浸度时，铸铁体积膨胀后收缩，增大裂缝深度，平均腐蚀速率大大提高；轻稀土含量过高，由于其为急冷倾向的元素，会促进铁液急冷，使得白口增加，因此，轻稀土含量过高或过低都会使得硬度增加，韧性降低，不耐磨损和冲击，加工性能差。

对比例4和对比例5相比于实施例5～7，孕育剂的添加量过低，形成的共晶团数少，珠光体片间距较大，灰铸铁韧性低，抗腐蚀能力差，随着孕育剂的添加量的升高(见实施例5～7的设置)，合金化灰铸铁的石墨组织变得细小、弯曲，但当孕育剂的加入量达到1.0％时，合金化灰铸铁除了存在细小、弯曲的A型石墨，同时出现了点状的D、E型石墨，会在铸件中产生软点，降低耐磨性、耐腐蚀性和力学性能，恶化加工性能。

因此，只有原料配比和孕育剂的添加量在本发明的合理范围内才能使得合金化灰铸铁基体组织由极高含量的细小珠光体组成，且弥散、均匀分布的石墨类型和长度单一，进而使得合金化灰铸铁中各部位拉伸强度、韧性、硬度一致，金相组织、力学性能稳定优异；耐蚀性能、耐磨损能力强。

Claims (9)

1.一种耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁，其特征在于，包括以下重量百分比的元素：C：3.1-3.3％，Si：1.9-2.2％，Mn：0.8-1.0％，P：≤0.06％，S：≤0.03％，Cr：0.15-0.3％，Ni：0.05-0.15％，Cu：0.05-0.2％，Mo：0.15-0.25％，轻稀土：0.02-0.04％，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁，其特征在于，还包括以下重量百分比的元素：Zr：0.018-0.036％，La：0.008-0.016％。

3.一种权利要求1所述的耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、合金熔炼：将增碳剂置于中频感应电炉，上置废钢和铸铁回炉料，1150-1180℃熔炼增碳，待炉底形成熔池后，依次加入镍板、锰铁、铬铁，继续熔炼，然后升温至1520-1550℃，加入钼铁和轻稀土，生成熔融态的铁水；

S2、净化铁液：待熔炼温度回升至1580-1600℃时，加入电解铜，保温3min，进行铁水除渣，然后取样进行光谱成分分析，分析增碳情况及元素含量，调整成分；

S3、出铁水和孕育处理：孕育工艺采用包内孕育和随流孕育，包内孕育剂放于浇包底部，将炉内铁水冲入浇包内，并在出铁水质量占铁水总质量的1/2时，加入随流孕育剂；

S4、浇注成型。

4.如权利要求3所述的耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，其特征在于，步骤S2中，所述电解铜经600℃±10℃烘烤预热后加入铁水内。

5.如权利要求3所述的耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，其特征在于，步骤S3中，所述孕育剂的添加量为铁水质量的0.4-0.8％。

6.如权利要求3所述的耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，其特征在于，步骤S3中，所述包内孕育剂质量占孕育剂总量的60％，随流孕育剂质量占孕育剂总量的40％。

7.如权利要求3所述的耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，其特征在于，所述孕育剂为改性硅钡孕育剂，所述孕育剂包括以下重量百分比的元素：Si：68％、Ba：8％、Ca：7％、Al：2％、Zr：4.5％、Re：2％，余量为Fe。

8.如权利要求3所述的耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，其特征在于，步骤S3中，所述铁水出炉温度为1520-1550℃。

9.如权利要求3所述的耐高温铝、锌液腐蚀的合金化灰铸铁的熔炼工艺，其特征在于，步骤S1中，所述增碳剂为石油焦型石墨，固定碳含量≥99.29％，粒度1-5mm。