CN1033652A - 一种耐磨耐腐普钙发生器桨叶铸铁合金及生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的耐磨耐腐铸铁合金(代号为RWC₁)， 具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。适合铸造在硫酸浓 度大于60％条件下服役的普钙发生器桨叶和其它工 作零件。其使用寿命：比灰绿岩和钢板复合成型的桨 叶提高了3～4倍；比钢板衬六层509橡胶的桨叶提 高2～3倍；比灰口铸铁桨叶提高3～4倍。该铸铁 合金的化学成分为(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％。

Description

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。

铜：铜主要提高RWC₁铸铁的耐腐性，这主要是铜富集在铸铁表面形成一层氧化铜薄层，阻止腐蚀介质向内浸蚀，但铜元素的加入，使铸铁的冲击值降低。此外，铜含量超过0.8%时，对提高耐腐性的作用不大，因此，铜的含量定为0.01～0.8%。

本发明铸铁的生产工艺流程如下：

采用非真空中频感应炉或冲天炉过热熔化，出铁水温度为1420～1460℃。在铁水包中进行球化处理，烘烤后的合金按钇基重稀土复合剂→75硅铁→电解铜→草木灰的先后顺序加入铁水包中，电解铜也可炉前加入。为了避免铁水直接冲入合金，将合金放在与铁水冲入方向相反的包底角处，钇基重稀土复合剂放在铁水包的底处，硅铁盖在重稀土合金的上面，再将电解铜加入，并盖上草木灰。钇基重稀土复合剂由钇基重稀土+稀土镁组成，其比例为3∶1。加入量为铁水重量的0.5～2%。一次出铁水到铁水包的2/3后停止，让包中的电解铜和硅铁熔化，待铁水和重稀土合金反应2～3分钟后，用渣耙搅拌铁水数次，然后再补加1/3铁水，扒渣后，加草灰复盖。浇注温度控制在1320～1340℃，浇温过高时，铸件易产生气孔等缺陷。浇注时，用耙挡渣，以防大块渣流入浇口内，并采用先快后慢，细流缓浇的浇注方法。铸件浇满后略停再补浇铁水，以便补缩。浇注后，铸件在850～900℃时开箱，铸件经吹风或空冷至480～520℃时，再堆集起来或埋入干砂中缓冷。开箱时间视铸件的大小而定，大件开箱时间宜迟些，小件宜早些，一般浇注后30～40分钟后即可开箱。

本发明铸铁的主要性能如下：

1.机械性能（见表1）

表1 RWC₁铸铁铸态机械性能

抗弯强度MPa	抗拉强度MPa	冲击韧性J/cm2	抗压强度MPa	硬度HRC	挠度mm
						640～650	420～520	11.6～12.5	>870	48～55	2

2.耐腐性能

采用失重和尺寸法测定RWC₁铸铁的耐蚀性能，主要进行了在硫酸、硝酸和磷酸三种腐蚀介质的7个浓度条件下的腐蚀试验。试样尺寸：φ30×16mm。腐蚀时间，360小时，用精确度为万分之一的天平称重，用千分尺测量试样尺寸。腐蚀失重结果如表2，试样尺寸减少结果如表3。

表2 RWC₁铸铁在不同介质中失重腐蚀率

表3 RWC₁铸铁腐蚀尺寸减少腐蚀率

从表2和表3的试验结果表明，RWC₁铸铁具有良好的耐腐性，适用于在硫酸浓度≥60%的酸性介质中服役的设备和零件。

3.耐磨性能

耐磨损性能采用干砂橡胶轮磨料磨损试验方法进行测试，结果如表4。

表4    试样磨损量

表4结果表明，在相同条件下，RWC₁的耐磨损性能比中锰球铁提高一倍左右。

4.耐磨蚀性能

耐磨蚀性能主要是指在腐蚀-磨损复合条件下，金属材料所能承受磨蚀介质的损害能力。在实验室条件下，经72小时的模拟磨蚀试验后，RWC₁铸铁试样失重磨蚀率和尺寸减少磨蚀率见表5、表6。

表5    试样失重磨蚀率

表6    试样尺寸减少磨蚀率

从表5、表6中可以看出，RWC₁铸铁比中锰球铁的耐失重磨蚀率和耐尺寸减少磨蚀率分别提高1.3和2倍。

本发明曾试用于普钙发生器浆叶，并与灰绿岩和钢板复合浆叶、灰口铸铁浆叶作对比试验，对比试用情况如表7。

表7    对比试用结果

从使用寿命对比考核试验结果表明，在生产磷肥这样恶劣的工作条件下，用RWC₁铸铁铸造的混合器浆叶，其使用寿命比灰口铸铁浆叶提高3～4倍，比灰绿岩和钢板复合成型的浆叶提高3～4倍，比钢板衬六层509橡胶浆叶提高2～3倍。由此可见，RWC₁铸铁不仅具有良好的耐腐性和耐磨性，而且还有很好的耐磨蚀性。用RWC₁铸铁铸造在磨料磨损中服役的各种磨损件，将带来很大的经济效益和社会效益。

综上所述，本发明的铸铁具有如下优点：

1.成本低，原材料来源广，硅、锰和重稀土等合金元素是我省富有而又价廉的合金元素。生产工艺简单，无特殊要求，操作方便，在炉前球化处理安全可靠，重稀土加入包底，和铁水反应平稳，不产生耀眼火光和浓烟，也不产生激烈的沸腾反应现象，与采用含镁轻稀土处理的其它球墨铸铁和中锰球铁的生产工艺相比，除减少了包中的操作程序外，最大的优点是改善了操作者的工作环境和劳动强度。

2.RWC₁铸铁是一种由硅、锰、铬等元素进行合金化，以我省富有的重稀土作为球化复合添加剂的新型铸铁。由于重稀土的作用，加上硅、锰、铬等元素的最佳配合，该铸铁具有良好的耐磨性、耐腐蚀性及耐磨蚀性。

3.机械性能好，抗弯强度、抗拉强度和冲击韧性值与中锰球铁相近。

4.使用范围广，适于制造在有磨料磨擦条件下使用的磨球、衬板等耐磨损件;也适于制适在使用温度低于100℃、浓度≥60%的硫酸和在有腐蚀-磨损复合条件下服役的设备和零件。

Claims (4)

1、一种铸造普钙发生器浆叶和其它工作零件的耐磨耐腐铸铁合金，其特征是铸铁的化学成分为(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。

2、根据权利要求1所述的铸铁合金，其特征是硅和锰的比值≤1，碳和铬的比值＞1。

3、权利要求1所述的耐磨耐腐蚀铸铁合金的生产工艺，其特征是该铸铁合金在非真空中频感应炉或冲天炉中过热熔化，出铁水温度1420～1460℃，浇注温度1320～1340℃，用钇基重稀土复合剂在铁水包中进行球化处理，复合剂加入量为铁水重量的0.5～2%。

4、据权利要求3所述的耐磨耐腐铸铁合金的生产工艺，其特征是钇基重稀土复合剂由钇基重稀土和稀土镁组成，其比例为3∶1。