CN115786803A

CN115786803A - 一种高硅耐蚀铸铁及其制备方法

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Publication number: CN115786803A
Application number: CN202211611523.0A
Authority: CN
Inventors: 柴知章; 汪南洋
Original assignee: Anhui Institute of Information Engineering
Current assignee: Anhui Institute of Information Engineering
Priority date: 2022-12-15
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2023-03-14

Abstract

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种高硅耐蚀铸铁，包括以下质量百分比成分:C:3.2‑3.4%,Si：14.5‑15.0%，Mn：0.6‑0.7%，Mo：3.2‑3.8%，Cu：1.5%～2.5%，Cr：0.3‑0.5%，RE：0.025‑0.045%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余为铁，本发明制备的高硅耐蚀铸铁在其他介质中耐蚀性保持不变的基础上，显著地增加了高温下抗盐酸腐蚀的能力。

Description

一种高硅耐蚀铸铁及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，具体为一种高硅耐蚀铸铁及其制备方法。

背景技术

由于高硅铸铁耐酸的腐蚀性能优越，已广泛用于化工防腐蚀，最典型的牌号是STSil5，主要用于制造耐酸离心泵、管道、塔器、热交换器、容器、阀件和旋塞等。

总地来说，高硅铸铁质脆，所以安装、维修、使用时都必须十分注意。安装时不能用铁锤敲打；装配必须准确，避免局部应力集中现象；操作时严禁温差剧变，或局部受热，特别是开停车或清洗时升温和降温速度必须缓慢；不宜用作受压设备，它可制成各种耐蚀离心泵，纳氏真空泵、旋塞、阀门，异型管和管接头，管道，文丘里臂、旋风分离器、脱硝塔和漂白塔、浓缩炉和预洗机等。在浓硝酸生产中，作提馏塔使用时硝酸温度高这115～170℃。浓硝酸离心泵所处理的硝酸浓度高达98%。作硫酸和硝酸混酸的换热器、填料塔，使用情况良好。炼油生产中汽油部分加热炉，三醋酸纤维生产中醋酸醋酐蒸馏塔、苯蒸馏塔，冰醋酸生产和液硫酸生产中的酸泵，以及各种酸或盐溶液泵和旋塞等，均有用高硅铸铁的。

高硅铜铸铁能耐碱，其耐碱性比铝铸铁好，耐磨性高，可用作强腐蚀性并有晶浆磨损的泵、叶轮及轴套，但其不耐硝酸腐蚀，传统的高硅铜铸铁其不耐盐酸和硫酸腐蚀，在此基础上，提出了一种高硅耐蚀铸铁及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硅耐蚀铸铁及其制备方法，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高硅耐蚀铸铁，包括以下质量百分比成分:C:3.2-3.4%,Si：14.5-15.0%，Mn：0.6-0.7%，Mo：3.2-3.8%，Cu：1.5%～2.5%，Cr：0.3-0.5%，RE：0.025-0.045%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余为铁。

一种高硅耐蚀铸铁，包括以下重量百分比原料：65%-70%高纯生铁和30%-35%碳素废钢，其余材料占高纯生铁和碳素废钢总量比例如下：1%-1.2%碳化硅、0.5%-0.7%增碳剂、1.5%-2.5%铜、0.5%-0.7%铬铁、20%-21%硅铁合金、5.5%-6.5%钼铁合金、0.95%-1.2%锰铁合金以及0.4-0.7%的稀土合金。

本发明提出一种高硅耐蚀铸铁制备方法，包括以下步骤：

步骤1：配料，采用原料及配比如下：65%-70%高纯生铁和30%-35%碳素废钢，其余材料占高纯生铁和碳素废钢总量比例如下：1%-1.2%碳化硅、0.5%-0.7%增碳剂、1.5%-2.5%铜、0.5%-0.7%铬铁、20%-21%硅铁合金、5.5%-6.5%钼铁合金和0.95%-1.2%锰铁合金；

步骤2：熔炼，将上述高纯生铁加入中频感应电炉熔炼,见铁水后加入一半重量的碳化硅，钼铁合金，然后加入增碳剂、废钢,熔炼的过程中增碳剂分2批添加并用废钢压入待熔炼至2/3时加入余下碳化硅；

待所有炉料熔清,向铁水添加铜、铬铁和总含量90%-95%的硅铁合金,铁水温度≥1500℃后取样检测炉内化学成份,根据检测结果确定各成分的添加量以对铁水中化学成分进行微调；

步骤3：变质处理，当步骤2中铁水温度达到1540℃时出炉到铁水包,用包内冲入法对铁水进行变质，即铁水包底部放置稀土合金，在其上覆盖总含量0.2%-0.5%硅铁合金，当出铁水为总量的2/3时,随铁液流动加入剩余量的硅铁合金,继续出铁至额定量；

步骤4：浇注温度控制在1420℃；

步骤5：后处理，铸件冷却至700℃时扒箱,冷却至室温时清砂、去除浇、冒口,清理分型面毛刺,抛丸20min,获得产品。

优选的，步骤1中碳素废钢中S≤0.05%、Mn≤0.5%。

优选的，步骤1中增碳剂中碳含量≥98%,粒径为2-6mm。

优选的，硅铁合金为FeSi75-B。

优选的，锰铁合金为FeMn65。

优选的，所述铬铁为FeCr55C4.0。

优选的，钼铁合金为FeMo60-C。

优选的，稀土合金为FeRE3Si42。

含硅量达14%以上的高硅铸铁之所以具有良好的耐蚀性，是因为硅在铸铁表面形成一层由组成的保护膜，如果介质能破坏膜，则高硅铸铁在这种介质中就不耐蚀。高硅铸铁在氧化性介质及某些还原性酸中具有优良的耐蚀性，它能耐各种温度和浓度的硝酸、硫酸、醋酸、常温下的盐酸、脂肪酸及其他许多介质的腐蚀。它不耐高温盐酸、亚硫酸、氢氟酸、卤素、苛性碱溶液和熔融碱等介质的腐蚀。不耐蚀的原因是由于表面的保护膜在苛性碱作用下，形成了可溶性的，在氢氟酸作用下形成了气态等而使保护膜破坏。故我们选择硅的含量在14.5%。

高硅铸铁性质为硬而脆，力学性能差，应避免承受冲击力，不能用于制造压力容器。铸件一般不能采用除磨削以外的机械加工。

为了改善高硅铸铁的机械加工性能在中加入一些合金元素。在高硅铸铁中加入稀土镁合金，可以起净化除气的作用，并改善铸铁基体组织，使石墨球化，从而提高了铸铁的强度、耐蚀性能及加工性能；对铸造性能也有所改善。这种高硅铸铁除可以磨削加工以外，在一定条件下还可车削、攻丝、钻孔，并可补焊，但仍不宜骤冷骤热；它的耐蚀性能比普通高硅铸铁好，适应的介质基本相近。所以残留稀土在0.025-0.045%。

在高硅铸铁中加入1.5%～2.5%的铜可改善机械加工性能，耐蚀性与普通高硅铸铁相近，但在硝酸中较差。此种材料适宜制作耐强腐蚀性及耐磨损的泵叶轮和轴套等。也可用降低含硅量、另外加合金元素的方法来改善机械加工性能。加入铬、铜和稀土元素等，可改善它的脆性及加工性能。能够对它进行车削、钻孔、攻丝等，而且在许多介质中，耐蚀性仍接近于高硅铸铁。为了提高高硅铸铁在盐酸(特别是热盐酸)中的耐蚀性，可增加钼的含量，在含硅量为14%～16%的高硅铸铁中加入3%～4%的钼得到含钼高硅铸铁，会使铸件在盐酸作用下表面形成氯氧化钼保护膜，它不溶于盐酸，从而显著地增加了高温下抗盐酸腐蚀的能力，在其他介质中耐蚀性保持不变。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备的高硅耐蚀铸铁在其他介质中耐蚀性保持不变的基础上，显著地增加了高温下抗盐酸腐蚀的能力。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

(1 )配料:采用原料以及配比如下:高纯生铁65%、碳素废钢35%、其余材料占生铁和废钢总量比例如下，碳化硅1.2%、增,碳剂0.7%、铜1.5%、铬铁0. 7%、硅铁合金20%、钼铁合金5.5%、锰铁合金0.95%。

(2)熔炼:将上述高纯生铁加入中频感应电炉熔炼,见铁水后加入一半重量的碳化硅，钼铁合金5.5%，然后加入增碳剂、废钢,熔炼的过程中增碳剂分2批添加并用废钢压入待熔炼至2/3时加入余下碳化硅；待所有炉料熔清,向铁水添加1.5%铜、0.7%铬铁和18%硅铁合金,铁水温度≥1500℃后取样检测炉内化学成份,根据检测结果确定各成分的添加量以对铁水中化学成分进行微调；

(3)变质处理:当步骤(2)中铁水温度达到1540℃时出炉到铁水包,用包内冲入法对铁水进行变质；即铁水包底部放置原料总量0.5%的稀土合金，在其上覆盖原料总量0.5%的硅铁合金，当出铁水为总量的2/3时,随铁液流动加入原料总量1.5%的硅铁合金,继续出铁至额定量；

(4)浇注:浇注温度控制在1420℃；

(5)后处理:铸件冷却至700℃时扒箱,冷却至室温时清砂、去除浇、冒口,清理分型面毛刺,抛丸20min,获得实施例1。

其中步骤(1)中废钢中S≤0.05%、Mn≤0.5%；增碳剂中碳含量≥98%,粒径为2-6mm。

其中，硅铁合金为FeSi75-B,锰铁合金为FeMn65，所述铬铁为FeCr55C4.0，钼铁合金为FeMo60-C，稀土合金为FeRE3Si42。

实施例2

(1 )配料:采用原料以及配比如下:高纯生铁68%、碳素废钢32%、其余材料占生铁和废钢总量比例如下，碳化硅1%、增碳剂0.5%、铜1.8%、铬铁0.6%、硅铁合金21%、钼铁合金6%、锰铁合金1.1%。

(2)熔炼:将上述高纯生铁加入中频感应电炉熔炼,见铁水后加入一半重量的碳化硅，钼铁合金6%，然后加入增碳剂、废钢,熔炼的过程中增碳剂分2批添加并用废钢压入待熔炼至2/3时加入余下碳化硅；待所有炉料熔清,向铁水添加1.8%铜、0.6%铬铁和19%硅铁合金,铁水温度≥1500℃后取样检测炉内化学成份,根据检测结果确定各成分的添加量以对铁水中化学成分进行微调；

(3)变质处理:当步骤(2)中铁水温度达到1540℃时出炉到铁水包,用包内冲入法对铁水进行变质；即,铁水包底部放置原料总量0.4%的稀土合金，在其上覆盖原料总量1%的硅铁合金，当出铁水为总量的2/3时,随铁液流动加入原料总量1%的硅铁合金,继续出铁至额定量；

(4)浇注:浇注温度控制在1420℃；

(5)后处理:铸件冷却至700℃时扒箱,冷却至室温时清砂、去除浇、冒口,清理分型面毛刺,抛丸20min,获得实施例2。

实施例3

(1 )配料:采用原料以及配比如下:高纯生铁70%、碳素废钢30%、其余材料占生铁和废钢总量比例如下，碳化硅1.2%、增,碳剂0.5%、铜2.5%、铬铁0.5%、硅铁合金20%、钼铁合金6.5%、锰铁合金1.2%。

(2)熔炼:将上述高纯生铁加入中频感应电炉熔炼,见铁水后加入一半重量的碳化硅，钼铁合金6.5%，然后加入增碳剂、废钢,熔炼的过程中增碳剂分2批添加并用废钢压入待熔炼至2/3时加入余下碳化硅；待所有炉料熔清,向铁水添加2.5%铜、0.5%铬铁和18%硅铁合金,铁水温度≥1500℃后取样检测炉内化学成份,根据检测结果确定各成分的添加量以对铁水中化学成分进行微调；

(3)变质处理:当步骤(2)中铁水温度达到1540℃时出炉到铁水包,用包内冲入法对铁水进行变质；即,铁水包底部放置原料总量0.7%的稀土合金，在其上覆盖原料总量0.5%的硅铁合金，当出铁水为总量的2/3时,随铁液流动加入原料总量1.5%的硅铁合金,继续出铁至额定量；

(4)浇注:浇注温度控制在1420℃；

(5)后处理:铸件冷却至700℃时扒箱,冷却至室温时清砂、去除浇、冒口,清理分型面毛刺,抛丸20min,获得实施例3。

下面对实施例1-3进行性能测试，测试结果如下表：

由上表可知，本发明制备的高硅耐蚀铸铁在耐蚀性保持不变的基础上，显著地增加了高温下抗盐酸腐蚀的能力。

尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种高硅耐蚀铸铁，其特征在于，包括以下质量百分比成分:C:3.2-3.4%,Si：14.5-15.0%，Mn：0.6-0.7%，Mo：3.2-3.8%，Cu：1.5%～2.5%，Cr：0.3-0.5%，RE：0.025-0.045%，S≤0.05%，P≤0.1%，其余为铁。

2.一种高硅耐蚀铸铁，其特征在于，包括以下重量百分比原料：65%-70%高纯生铁和30%-35%碳素废钢，其余材料占高纯生铁和碳素废钢总量比例如下：1%-1.2%碳化硅、0.5%-0.7%增碳剂、1.5%-2.5%铜、0.5%-0.7%铬铁、20%-21%硅铁合金、5.5%-6.5%钼铁合金、0.95%-1.2%锰铁合金以及0.4-0.7%的稀土合金。

3.如权利要求2所述的一种高硅耐蚀铸铁制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤4：浇注温度控制在1420℃；

4.根据权利要求3所述的一种高硅耐蚀铸铁制备方法，其特征在于，骤1中碳素废钢中S≤0.05%、Mn≤0.5%。

5.根据权利要求3所述的一种高硅耐蚀铸铁制备方法，其特征在于，步骤1中增碳剂中碳含量≥98%,粒径为2-6mm。

6.根据权利要求3所述的一种高硅耐蚀铸铁制备方法，其特征在于，硅铁合金为FeSi75-B。

7.根据权利要求3所述的一种高硅耐蚀铸铁制备方法，其特征在于，锰铁合金为FeMn65。

8.根据权利要求3所述的一种高硅耐蚀铸铁制备方法，其特征在于，所述铬铁为FeCr55C4.0。

9.根据权利要求3所述的一种高硅耐蚀铸铁制备方法，其特征在于，钼铁合金为FeMo60-C。

10.根据权利要求3所述的一种高硅耐蚀铸铁制备方法，其特征在于，稀土合金为FeRE3Si42。