[发明专利]一种耐磨耐腐普钙发生器桨叶铸铁合金及生产工艺

说明书

本发明涉及一种普钙发生器浆叶和其它工作零件用耐磨耐腐铸铁合金及其生产工艺。

国内用来生产普钙的发生器浆叶，是在介质为62～68%H₂SO₄+20%H₃PO₄，工作温度为110～120℃的条件下服役的，浆叶以7.65米/秒的线速度搅拌着磷矿粉、石墨粉等磨粒，工作条件非常恶劣。因此，用来制造普钙发生器浆叶的材料必须具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。目前，国内大多数生产厂家都是用灰绿岩粉与钢板复合成型和钢板衬六层509橡胶制造的浆叶，也有的使用灰口铸铁铸造的浆叶，但这些浆叶的使用时间最多为30天。特别是用量最大的灰绿岩和钢板复合成型的浆叶，使用约20天后，灰绿岩就开始剥落，钢板骨架腐蚀，浆叶搅拌的作用减弱，使磷矿粉与硫酸的反应不完全，磷肥的肥效明显降低，当强行使用30天后，浆叶就因严重磨蚀而报废。浆叶更换过多，不但工人劳动强度大，而且影响生产进度和产品质量。

本发明的目的在于提供一种普钙发生器浆叶用耐磨损耐磨蚀的新型球墨铸铁合金及其生产工艺，该铸铁合金应具备生产工艺简单，操作方便，成本低并有良好的综合机械性能，特别是耐磨损耐磨蚀性能应大大优于其它同类材料。该铸铁应适于铸造H₂SO₄浓度≥60%的磨损-腐蚀复合条件下工作的普钙发生器浆叶以及化工、矿山、冶金工业中，在磨蚀状态中服役的金属配件。

本发明提供了一种耐磨耐腐铸铁合金（代号RWC₁），其化学成分范围为（重量）：碳2.8～3.6%，硅3.2～4.8%，锰4.2～5.8%，铜0.01～0.8%，铬0.01～2%，重稀土0.06～0.1%，余为铁和少量杂质。其中，硅和锰的比值≤1，碳和铬的比值＞1。

本发明球墨铸铁合金化学成分范围确定的理由如下：

铬：铬加入RWC₁铸铁中，主要形成复合渗碳体（Fe·Cr）3C，这种碳化物具有较高的显微硬度，能有效地提高铸铁的耐磨性。加入0.01～2%的铬，能提高铸铁的抗弯强度、抗压强度和耐磨蚀性，同时能改善耐腐性。但是，当铬的含量超过2%时，则随着铬含量的增加，铸铁的白口组织增加，共晶莱氏体增多，机械性能下降，同时耐腐蚀性能明显降低。因此，铬的含量定为0.01～2%为宜。

重稀土：在RWC₁铸铁中加入钇基重稀土，能有效的提高RWC₁铸铁的耐磨蚀性，在R_E残留量为0.085%左右时，效果最佳。这是因为：（1）钇基重稀土与氧和硫都有较大的亲和力，在RWC₁铸铁中加入适量重稀土后，生成部分不溶于铁水中的氧化物和硫化物，这些化合物积聚上浮，能有效地去除那些易在磨蚀中起有害作用的元素，提高了RWC₁铸铁组织的纯洁度，从而提高了RWC₁铸铁的耐磨蚀性。但是，随着重稀土加入量的增加，RWC₁铸铁中的夹杂物相应地有所增加，耐磨蚀提高率相对的减慢。因此，稀土R_E残余量定为0.06～0.1%。（2）钇基重稀土加到铸铁中，在磨蚀介质中，能阻碍铸铁中碳的氧化，在表面形成较致密的保护膜，从而降低了Fe（CO）₅的形成。（3）钇基重稀土具有良好的石墨球化作用，在RWC₁铸铁中加入钇基重稀土后，细片状石墨被球化，形成细小而较均匀的球状石墨和团球状石墨。由于球状石墨比片状石墨具有较高的抗磨损和抗腐蚀性能，因而提高了铸铁的耐磨蚀性。（4）据国外有关资料报导，铸铁中的钇能在石墨周期形成保护薄膜，包围了石墨，起到了屏蔽石墨的作用。因此，石墨不易受腐蚀介质的侵蚀，从而提高了铸铁的耐蚀性能。

硅：硅主要提高RWC₁铸铁的耐腐蚀性能，当铸铁开始腐蚀时，硅在其表面形成致密的SiO₂薄层，阻碍着酸进一步向内浸蚀。但是，如果Si的含量过高，机械性能将显著降低，成品率和加工性能也受到很大影响。因此，硅的含量定在3.2～4.8%。

锰：锰是一种碳化物形成元素，在RWC₁铸铁中，锰形成Fe（Mn）₃C碳化物，并促进石墨球化，从而大大提高了铸铁的耐磨性。当硅和锰的比值≤1时，由于它们相互制约，使铸铁中粗大的片状石墨变细，并有较多的针状马氏体和隐针状马氏体，从而提高了RWC₁铸铁的耐磨蚀性。