CN114250407A - 一种耐蚀铸铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铸铁材料技术领域，具体涉及一种耐蚀铸铁材料及制备方法，为了解决问题采用的技术方案为：耐蚀铸铁，其含有的化学元素成分以质量百分数wt%计，所述耐蚀铸铁材料中碳为3.6‑3.8%，硅为1.6‑1.8%，铜为0.5%‑1.0%，锰为0.3‑0.5%，钼为0.2‑0.6%，余量为铁及不可避免的杂质；并在浇铸后快速冷却从而提高铸铁材料的耐蚀性。本发明广泛应用于耐蚀铸件技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐蚀铸铁材料及制备方法，通过在铸铁件浇注前对铁水包中的铁水加入合金化元素，并通过快速冷却促进石墨晶的细化，提高铸铁材料的耐蚀性能。
背景技术
铸铁作为一种重要的工程机械材料，广泛应用于机械、动力等设备中，同时随着铸铁材料的性能提升，铸铁逐渐开始向功能性金属部件材料发展，包括一些服役于苛刻环境的设备中的金属部件，如土壤环境、海水环境等。这就要求铸铁除了具备金属材料所应有的力学性能和机械性能外，还要具备较高的耐蚀性。从铸铁的应用历史来看，铸铁本身具有较高的耐蚀性，但在苛刻环境中还有待进一步提高铸铁的耐蚀能力，以拓宽铸铁的应用范围。
针对上述问题，结合铸铁材料的组织结构优势，本申请提出通过对铸铁材料的组织结构进行改性优化，引入适量的合金化元素，提升铸铁材料的耐蚀性，使得本申请制备的铸铁材料满足铸铁在苛刻服役的工况的需求。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种耐蚀铸铁材料和制备方法，通过在铸铁件浇注前对铁水包中加入合金化元素，所述合金化元素为钼Mo，同时引入快速冷却技术，能够提高铸铁材料耐蚀性，从而满足铸铁在苛刻服役的工况的需求。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种耐蚀铸铁，其含有的化学元素成分以质量百分数wt%计，所述耐蚀铸铁材料中碳为3.6-3.8%，硅为1.6-1.8%，铜为0.5%-1.0%，锰为0.3-0.5%，钼为0.2-0.6%，余量为铁及不可避免的杂质。
所述杂质中包含硫和磷，且硫为≤0.04％，磷≤0.04％。
一种耐蚀铸铁的制备方法，上述制备方法的具体步骤为：
步骤a，备料，所述备料按照铸铁材料的以下组分及含量进行，以质量百分数wt％计：碳为3.6-3.8％，硅为1.6-1.8％，铜为0.5％-1.0％，锰为0.3～0.5，钼为0.2～0.6；
步骤b，将备料中的生铁和废钢在冲天炉中用焦炭进行熔化，熔化成的铁水出炉进入铁水包后，在铁水中加入硅铁和钼元素，这些被加入物在所述铁水包中熔化和搅拌均匀后浇注到预先设置的砂型中成型并在砂型周围引入降温装置确保铸件快速降温，则获得耐蚀铸锭。快速冷却，快速冷却可改变共晶石墨生长的方式，促进过冷石墨细化，形成弥散分布的均匀的一维细晶石墨。这种石墨的形态可以促进铸铁表面快速形成致密的氧化层，避免大的石墨形态引起的微电偶腐蚀，导致铸铁在服役中在石墨周围发生包抄腐蚀，形成腐蚀坑。
所述硅铁和钼元素，以硅铁粉和钼粉的形式加入。铸铁中加入钼Mo后，在服役环境中表面形成稳定的氧化层，防止基体进一步被腐蚀，可提高铸铁腐蚀电位，从而提高铸铁的耐蚀性能。本发明中为了保证耐蚀性，设计的钼Mo含量为0.2～0.6％。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明一种耐蚀铸铁材料和耐蚀铸铁材料制备方法，通过调整铸铁的化学成分，采用添加合金微量元素的方法并引入快速冷却手段来提高铸铁材料的耐蚀性能。在成分设计上添加了钼元素，使材料在拥有更高耐蚀性；通过快速降温，促进过冷石墨细化。本发明的铸铁材料具有耐蚀性优异，成本较低，易于生产的特点。(1)加入钼元素增加铸铁材料的耐蚀性能；(2)快速冷却促进过冷石墨细化。本发明是在传统灰铸铁的基础上通过引入合金元素钼，使得铸铁在服役环境中基体表面形成稳定性高的氧化层，抑制基体进一步腐蚀，提高了铸铁的耐蚀性，满足铸铁在苛刻服役的工况的需求。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的实施例金相对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行说明。
实施例一：在本实施例中，a .按照如下质量百分比称量原料：C:3.7％，Si:1.6％，S:0.03％，P:0.03％，Mn:0.42％，Mo:0.5%，其余部分为铁和不可避免的杂质；b.将在所述步骤a中取用的原料经冲天炉熔炼、砂型铸造成型。当铁水出炉后，在铁水中加入稀土硅铁粉以及合金元素钼Mo，铁水包经充分搅拌后再进行浇注，并快速冷却。所得铸铁材料耐蚀性能优良。
对比例一：在本对比例中，其化学成分如下：a .按照如下质量百分比称量原料：C:3.7％，Si:1.6％，S:0.03％，P:0.03％，Mn:0.42％，Mo:0.2%，其余部分为铁和不可避免的杂质；b.将在所述步骤a中取用的原料采用回转式冲天炉熔化生产，在铁水包加入加入合金元素，经充分搅拌后再进行浇注，即可得到耐蚀性铸铁。
对比例二：在对比例中，其化学成分如下：按照如下质量百分比称量原料：C:4.2％，Si:2.3％，S:0.07％，P:0.08％，Mn:0.35％，其余部分为铁和不可避免的杂质。
试验测试分析：根据上述实施例一与对比例一、对比例二采用的化学成分范围，将铸铁材料的成分进行对比，其化学成分如表1所示。
表1实施例一中的接地网用低电阻耐蚀铸铁与对比例一、二中的化学成分对比表(wt％)
图1中1为实施例；2为对比例一；3为对比例二；从图1的进行对比可以看出，相对于对比例一和对比例二而言，由于引入快速冷却，在实施例中所得到铸铁中的石墨形态分布均匀，且晶粒细小。
对实施例和对比例样品在3.5%NaCl中进行极化曲线测量，并对极化曲线数据进行解析得到表2中的数据。
表2实施例一中的耐蚀铸铁材料与对比例一和对比例二中的腐蚀速率对比
| 腐蚀速率（mm/a） | |
| 实施例一 | 0.03 |
| 对比例一 | 0.06 |
| 对比例二 | 1.02 |
从表2中的腐蚀速率可以看出，引入钼元素结合快速冷却可以有效提升铸铁材料的耐蚀性。这主要归功于在基体在形成氧化物的过程中钼元素参与氧化层的形成，并形成了致密稳定的氧化层；同时石墨粒径的细化也避免了基体腐蚀过程中形成大的腐蚀坑，抑制了腐蚀的进一步进行。
上述实施方式仅示例性说明本发明的原理及其效果，而非用于限制本发明。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种耐蚀铸铁，其特征在于，其含有的化学元素成分以质量百分数wt%计，所述耐蚀铸铁材料中碳为3.6-3.8%，硅为1.6-1.8%，铜为0.5%-1.0%，锰为0.3-0.5%，钼为0.2-0.6%，余量为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种耐蚀铸铁，其特征在于，所述杂质中包含硫和磷，且硫为≤0.04％，磷≤0.04％。
3.一种权利要求1所述耐蚀铸铁的制备方法，其特征在于，上述制备方法的具体步骤为：
步骤a，备料，所述备料按照铸铁材料的以下组分及含量进行，以质量百分数wt％计：碳为3.6-3.8％，硅为1.6-1.8％，铜为0.5％-1.0％，锰为0.3～0.5，钼为0.2～0.6；
步骤b，将备料中的生铁和废钢在冲天炉中用焦炭进行熔化，熔化成的铁水出炉进入铁水包后，在铁水中加入硅铁和钼元素，这些被加入物在所述铁水包中熔化和搅拌均匀后浇注到预先设置的砂型中成型并在砂型周围引入降温装置确保铸件快速降温，则获得耐蚀铸锭。
4.根据权利要求3所述的一种耐蚀铸铁的制备方法，其特征在于，所述硅铁和钼元素，以硅铁粉和钼粉的形式加入。
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