[发明专利]耐海水腐蚀的低合金铸铁

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐蚀合金铸铁新材料，特别是涉及一种用于海水工程的耐腐蚀的合金铸铁。

背景技术

海水水工工程、海水淡化设施等需要使用大量的耐海水腐蚀的钢铁材料，如闸门的顶槛、底槛、侧轨、海水泵壳体、叶轮、管道等使用大量的耐蚀铸铁。目前耐蚀铸铁是以含Ni、Cr为主的合金铸铁。

如中国专利公开号CN1101683公开了一种耐海水腐蚀的合金铸铁，适用于制造水利、水电工程的闸门、闸门槽等设备，其特征在于重量百分比组成为镍2.6-3、铬0.8-1、锰0.7-0.9、硅1.8-2.1、碳2.8-3.2、铜0.6-0.9，杂质S＜0.06，杂质P＜0.12，余量为铁。用该合金铸铁制造的水工设备，在海水中使用性能超过不锈钢，其强度、韧性和加工性均能满足水工设施的使用要求。

如中国专利公开号CN1727508公开了一种耐海水腐蚀的合金铸铁。它以重量百分比为单位，含有镍Ni0.8～3.2，铬Cr0.6～1.2，硅Si1.2～2.2，碳C2.8～3.4，锰Mn0.5～1.2，铜Cu0.4～0.8，锑0.1～0.4，杂质控制在硫S≤0.12，余量为铁，它适用于制造水利、水电工程的闸门、闸门槽等设备，在海水中的使用性能超过不锈钢，其强度、韧性和加工性能能满足水工设施的使用要求，具有较好的耐腐蚀性能和较强的机械性能，可代替进口材料。

上述两个对比文件共同不足之处是：合金含量较高，尤其是镍的含量较高，占重量百分比3.2，由于镍是贵重金属材料，日前市价约为25万元/吨，这类铸铁仅仅含镍量的材料成本价已达到5000元/吨，镍的稀缺和高成本限制了这类耐蚀铸铁的应用，所以研制含镍量少、成本低的耐蚀铸铁就成为摆在人们面前的一项课题。

发明内容

本发明的目的是克服上述耐蚀合金铸铁成本高的技术问题，提供一种成本低、耐蚀性能与上述耐蚀合金铸铁相近或更好的耐海水腐蚀的低合金铸铁。

为达到上述目的，本发明的低合金铸铁主要特征是铬铜含量高而镍含量低，并添加稀土等元素进行多元合金化。以重量百分比为单位，它含有镍Ni 0.6-1.6，铬Cr1.5-3.0，硅Si1.8-2.8，碳C2.8-3.6，锰Mn0.6-1.0，铜Cu1.5-3.0，稀土元素RE0.1-0.3，杂质P≤0.12，杂质S≤0.06，余量为铁Fe。

上述方案中还可含有0＜AL≤0.4，0＜Sb≤0.1，余量为铁Fe或者其中一种。

上述各种元素对合金铸铁耐蚀性能的影响为：

(1)硅高硅铸铁氧化气氛下因表面形成致密完整的SiO₂保护膜提高电阻率和化学稳定性，从而提高铸铁的耐蚀性。低合金耐蚀铸铁中含硅量对提高铸铁耐蚀性的影响没有这么大，但其强烈的石墨化能力可以在加入较高的铬时降低铬的强烈的形成碳化物的作用而获得灰铸铁。

(2)铬其电位与铁相近，钝化电流密度小，钝化电位范围宽，具有良好的钝化性能，是提高材料耐蚀性的最有效的合金元素之一，所以加入量为2.0～3.0，但同时出现白口可能性增加，有待强化孕育和适当提高硅含量解决。

(3)镍其热力学稳定性比铁高，仍是一种钝化金属，加入镍提高铁的化学稳定性并促进钝化，使腐蚀电位正移，而且加入量越高正移越多，铸铁越耐蚀，无论是在氧化性气氛还是还原性气氛中都有很好的耐蚀性。

(4)铜其电极电位较正，在铸铁腐蚀过程中活化阴极使机体(阳极)钝化，使铸铁耐蚀性得以提高，或富集于基体金属表面的锈层中改善锈层的保护性能，增强活化阴极作用而提高铸铁耐蚀性，一般加入2％即可提高铸铁在海水中的耐蚀性，铜在铸铁中溶解度有限，高于溶解度的铜处于游离态，当铸铁锈蚀后这些游离铜富集于锈层中仍能提高铸铁的耐蚀性。

(5)稀土金属  稀土金属是活性极高的化学元素，加入钢铁中的作用一是净化二是合金化。稀土金属元素与氧、硫、磷、氮、氢等有极强的亲和力，与砷、锑、铅、铋、锡等形成高熔点的化合物，所以稀土金属的去气去杂质的作用很强，从而改善组织，提高力学性能和化学性能；稀土金属在钢铁中溶入碳化物、基体和形成夹杂物，各占的比例因加入量的不同而有差异，大约各占加入量的50％～60％、30％～40％、3％左右，在铁中的溶解度一般不超过0.5％。加入稀土金属主要作用是通过净化作用、细化组织来提高综合力学性能及耐蚀性。

(6)磷和其他某些元素也可改善铸铁的耐蚀性，但降低力学性能，对于受力大的工件是不利的，而在某些受力较小的工况条件下可以允许磷高一些。