一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁及其制备方法。其中该蠕墨铸铁的化学成分按重量百分数计为：C：3.5～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.001～0.3％、P：0.001～0.035％、S：0.001～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.1～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。该蠕墨铸铁能够耐海水腐蚀且铸造工艺性能良好，尤其适用于铸造船用柴油机气缸盖等关键部件，并具有生产成本低的优势。

Vermicular cast iron resistant to seawater corrosion and its preparation method

The invention provides a vermicular cast iron resistant to seawater corrosion and a preparation method thereof. The chemical compositions of vermicular graphite cast iron are C:3.5-3.7%, Si:2.8-3.0%, Mn:0.001-0.3%, P:0.001-0.035%, S:0.001-0.02%, Ni:2-3%, Cu:0.3-0.4%, Mo:0.1-0.2%, Cr:0.2-0.3%, Sn:0.02-0.03%, Sb:0.003-0.005%, Ca:0.0. 5-0.10%, Ti: 0.1-0.2%, Zr: 0.01-0.02%, Mg: 0.01-0.02%, REE: 0.01-0.02%, Fe and inevitable impurities. The vermicular graphite cast iron can resist seawater corrosion and has good casting performance. It is especially suitable for casting key components such as cylinder head of marine diesel engine, and has the advantage of low production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁及其制备方法
本专利技术属于冶金材料
，具体涉及一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁及其制备方法，尤其涉及一种耐海水腐蚀且具有良好铸造性能的合金蠕墨铸铁及其熔炼工艺。
技术介绍
海水是含盐浓度很高的天然电解质，是天然腐蚀剂中腐蚀性最强的介质之一。近几年，随着我国造船业、海上装备业的飞速发展，海洋环境下耐蚀材料的需求也越来越高。铸铁是含硅的高碳铁合金，一般碳含量大于2％、硅含量在1％～3％之间。因具有良好的机械性能、耐磨性能、吸振性能和价廉等优点，铸铁材料是机器制造、交通运输、石油化工等领域最主要的铸造材料。早在20世纪30年代，国外研究人员就已经开始研究铸铁在海水中的腐蚀行为。普通铸铁在大气、水和一般中性溶液中都具有相当好的耐蚀性能，但是在海水中的耐蚀性较差。典型的特种耐蚀铸铁主要以高硅耐蚀铸铁、高镍耐蚀铸铁和高铬耐蚀铸铁为主。其中高硅耐蚀铸铁的硅含量一般为10％～18％，其具有片状石墨加铁素体的金相组织。但是高硅耐蚀铸铁的化学成分及金相组织特点，决定其材料特性为硬而脆，且力学性能较低，因此不适用于制造承受较大冲击载荷、交变负荷或者温度突变的零部件。高镍耐蚀铸铁中镍含量一般为15％～35％，具有片状石墨加奥氏体体或者球状石墨加奥氏体的金相组织。高镍耐蚀铸铁的化学成分及其金相组织特点，决定其收缩率大、加工性能差，因此不适用于制造结构复杂、尺寸精度要求高、需大面积加工的铸件。并且镍属于贵重合金，因此增大了高镍耐蚀铸铁的原料成本。高铬耐蚀铸铁中铬含量一般为20％～36％，其组织为合金基体加碳化物。高铬耐蚀铸铁流动性差，铁液氧化倾向大，收缩和热裂倾向更大，不适用于铸造工艺复杂的铸件。由此可见，普通铸铁以及特种铸铁虽各有优势，但并不能同时兼顾耐海水腐蚀性能和加工铸造性能，因此难以满足海洋工业领域的要求，尤其是对于船舶、海上装备中的某些关键部件，比如柴油机用气缸盖，其具有形状复杂、壁厚差大、服役工况恶劣等特点，上述普通铸铁及特种铸铁材料均不能满足要求，因此如何提升铸铁性能是目前研究的难点。专利申请CN104651706A中公开的耐二氧化碳腐蚀的铸铁，其化学成分按重量百分数计为：C：2.6～3.2％、Si：1.6～2.2％、Cu：0.6～1.2％、Mn：0.4～0.8％、Cr：0.5～1％、Ni：0.6～1.2％、P≤0.1％、S≤0.1％，余量为Fe。制备方法为：中频炉熔炼砂型浇注，再经淬火热处理。由于该铸铁属于灰口铸铁，材料的力学性能相对较低，且针对的使用环境为二氧化碳气体，并不能完全符合海水环境的要求。况且需经淬火热处理，生产难度大、成本高、效率低，因此该类材料铸造不适合气缸盖这类复杂铸件的制造。专利申请CN102260817A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。制备方法为：中频炉熔化，经过孕育化处理砂型浇注后退火处理。该技术所涉及铸铁材料主要为提高耐热性能，由于加入了大量的铝，因此铸造工艺性能较差，也不适合气缸盖这类复杂铸件。专利申请CN102268586A中公开的耐腐蚀铸铁，其化学成分为：C：2.8～3.2％、Si：1.6～2.2％、Mn：0.4～0.8％、Cu：0.6～1.2％、Ni：0.6～1.2％、Cr：0.5～1.0％、P：0.05～0.09％、S：0.05～0.06％，余量为Fe。制备方法为：中频炉熔化，经过孕育化处理砂型浇注后退火处理。该技术所涉及铸铁材料为灰铸铁，材料力学性能较低，针对的使用环境为腐蚀性气体，并不符合海水环境的要求。由此可见，虽然对铸铁做了多种形式的改进，但是仍旧不能同时兼顾耐海水腐蚀性能及铸造加工性能，难以满足造船业和海上装备业中所需气缸盖等关键部件的基本要求。鉴于蠕墨铸铁综合了灰铸铁和球磨铸铁的优良性能，同时还具有极高的性价比，因此得到了越来越多的关注。专利申请CN102071371A中公开的耐蚀铸铁，就是以蠕墨铸铁为基体，在基体上分布着由铁丝形成的金属丝团，铁丝占材料体积百分比5～40％。蠕墨铸铁基体的化学成分为：C：3.3～3.5％、Si：3.7～3.9％、Mn：0.1～0.4％、Dy、0.4～0.7％、Zr：0.4～0.7％、P≤0.03％、S≤0.025％，余量为Fe。制备方法为：将经过蠕化处理的铁液浇注到放入镀铬铁丝和镀钴铁丝的铸型中。该技术所涉及铸铁材料将铁丝镶嵌入蠕墨铸铁的基体组织中，靠其发生反应形成的特殊化合物提高耐蚀性。但是此种加工工艺对材料的基体组织割裂作用严重，不适合气缸盖这类对于气密性要求高的铸件，且其生产工艺特殊，生产难度大，不利于产品的稳定。由此可见，现有铸铁乃至蠕墨铸铁，由于不耐海水腐蚀、铸造工艺性能较差，不能满足造船业和海上装备业中所需气缸盖等关键部件的基本要求。因此，设计一种满足上述要求的蠕墨铸铁，是目前仍旧有待解决的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其同时具有良好的铸造工艺性能和耐海水腐蚀性能，尤其适用于制造船用柴油机气缸盖等关键部件。本专利技术还提供一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁的制备方法，该制备方法不仅使蠕墨铸铁具有良好的铸造工艺性能，而且大大提升了耐海水腐蚀性能。本专利技术还提供一种气缸盖，其是采用上述耐海水腐蚀的蠕墨铸铁加工铸造得到。该气缸盖能够很好的适应海洋环境下的恶劣工况。为实现上述目的，本专利技术所提供的一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其化学成分按重量百分数计为：C：3.5～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.001～0.3％、P：0.001～0.035％、S：0.001～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.1～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。根据本专利技术的技术方案，实际提供的是一种合金蠕墨铸铁。通过合理设置各元素之间的比例，尤其是多种合金元素之间的组合，使合金蠕墨铸铁具有良好的加工铸造性能和耐海水腐蚀性能。并且，由于合金元素在整个蠕墨铸铁中的占比非常小，特别是镍等贵重金属元素含量较低，因而使整个蠕墨铸铁的原料成本较低。进一步调整各元素之间的比例，有利于得到性能更加突出和可控的蠕墨铸铁，在本专利技术具体实施过程中，一般控制蠕墨铸铁的化学成分按重量百分数计为：C：3.6～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.2～0.3％、P：0.025～0.035％、S：0.005～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.10～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。碳当量CE是钢或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，其化学成分按重量百分数计为：C：3.5～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.001～0.3％、P：0.001～0.035％、S：0.001～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.1～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，其化学成分按重量百分数计为：C：3.5～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.001～0.3％、P：0.001～0.035％、S：0.001～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.1～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，所述蠕墨铸铁的化学成分按重量百分数计为：C：3.6～3.7％、Si：2.8～3.0％、Mn：0.2～0.3％、P：0.025～0.035％、S：0.005～0.02％、Ni：2～3％、Cu：0.3～0.4％、Mo：0.1～0.2％、Cr：0.2～0.3％、Sn：0.02～0.03％、Sb：0.003～0.005％、Ca：0.05～0.10％、Ti：0.1～0.2％、Zr：0.01～0.02％、Mg：0.01～0.02％、稀土元素：0.01～0.02％，余量为Fe以及不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，所述蠕墨铸铁的碳当量为4.4～4.6％。4.根据权利要求1-3任一项所述的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，所述蠕墨铸铁的蠕化率为65～95％，珠光体含量为60～70％。5.根据权利要求1-4任一项所述的耐海水腐蚀的蠕墨铸铁，其特征在于，所述蠕墨铸铁是按照包括有如下步骤的方法制备得到：配置原料并对配置好的原料进行熔炼，使所得到的铁液中除Si、Ca、Ti、Zr、Mg和稀土元素之外的其它元素的含量符合所述蠕墨铸铁的化学成分要求；将稀土镁硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛正石，李泽，周霄，姜作砚，臧彦来，郭振峰，
申请(专利权)人：中车大连机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21