專利名稱：耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵，特別是通過(guò)簡(jiǎn)化制造工序和穩(wěn)定化學(xué)成分，改善強(qiáng)度和脆性的耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵。
高硅鑄鐵盡管有這樣優(yōu)良的性質(zhì)，但是由于制造方法非常嚴(yán)格，非常脆，即使小的沖擊也要開(kāi)裂的缺點(diǎn)，工業(yè)用途非常有限。為了克服這樣的缺點(diǎn)進(jìn)行了很多的研究。
一般高硅鑄鐵因氫氣造成的氣體缺陷、以及因含在硅(Si)原料中雜質(zhì)形成的夾雜使機(jī)械性能降低是最大的問(wèn)題。這樣的問(wèn)題由于是Si原料本身含的水分、鑄造后凝固時(shí)吸收的氫氣、Si原料本身材質(zhì)不均勻引起的，為了提高高硅鑄鐵的機(jī)械性能，必須解決這些問(wèn)題。
現(xiàn)有制造高硅鑄鐵的方法有利用一次熔解制造母合金后，利用二次熔解把母合金快速熔解，防止吸收氫氣的方法；把攪拌器插入鐵水中，使熔解時(shí)間縮短，防止吸收氫氣的方法；向鐵水中吹入惰性氣體進(jìn)行脫氫處理的方法等。由于這些方法需要二次熔解和附加設(shè)備，所以存在有生產(chǎn)成本提高，而且不容易適用于現(xiàn)有生產(chǎn)工序的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供不需要附加設(shè)備，而通過(guò)改善制造工藝的方法，來(lái)制造比現(xiàn)有高硅鑄鐵不僅抗拉強(qiáng)度高，而且能便宜地進(jìn)行批量生產(chǎn)的、耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵以及它的制造方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵，其成分由硅(Si)13.5～15.5％(重量)、碳(C)0.7～1.1％(重量)、錳(Mn)2.2％(重量)以下，以及鉻(Cr)1～5％(重量)和鉬(Mo)1～5％(重量)中至少一種元素，其余為不可避免的雜質(zhì)和Fe組成。
本發(fā)明提供的高硅鑄鐵制造方法是把上述高硅鑄鐵的組成物熔解的鐵水加熱到1650℃去除雜質(zhì)后，澆入添加了0.1～0.4％(重量)鈰鑭合金(misch metal)的鐵水包中，控制鐵水的溫度為可鑄造的最低溫度1270～1350℃進(jìn)行鑄造。
本發(fā)明的耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵和它的制造方法無(wú)需附加裝置，通過(guò)改變工藝，其效果是與現(xiàn)有高硅鑄鐵相比，不但有高的抗拉強(qiáng)度，而且可以便宜地批量生產(chǎn)耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵。
圖2是表示在本發(fā)明的耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵中，添加的鉻(Cr)和鉬(Mo)是含量造成腐蝕減少量的曲線。
圖3a是本發(fā)明耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵中，熔解溫度1400℃-鑄造時(shí)澆注溫度1350℃的對(duì)比材料斷面的組織照片。
圖3b是本發(fā)明耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵中，熔解溫度1650℃-鑄造時(shí)澆注溫度1350℃的本發(fā)明材料斷面的組織照片。
圖3c是本發(fā)明耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵中，熔解溫度1650℃-鑄造時(shí)澆注溫度1450℃的對(duì)比材料斷面的組織照片。
發(fā)明的實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明中合金組成的數(shù)值限定的原因做詳細(xì)的說(shuō)明。
(1)硅(Si)13.5～15.5％(重量)硅在13.5％(重量)以下的情況下，使強(qiáng)度增加，但是使耐蝕性降低。與此相反，硅在15.5％(重量)以上的情況下，使耐蝕性提高，但如

圖1的狀態(tài)圖所示，出現(xiàn)脆弱的η相(Fe5Si3)，使合金的脆性增加，所以要限制在15.5％以下。
(2)碳(C)0.7～1.1％(重量)碳含量小于0.7％情況下，鐵水凝固時(shí)橫向收縮大，制品形狀復(fù)雜的話，容易出現(xiàn)裂紋這樣的缺陷。與此相反，碳含量大于1.1％(重量)情況下，結(jié)晶出初生石墨等粗大的片狀石墨，產(chǎn)生鑄造物的缺陷而變脆。因此由于難以回避碳在鑄造時(shí)造成的收縮產(chǎn)生的缺陷和處理的難度，因此對(duì)碳含量限定為0.7～1.1％(重量)。
(3)錳(Mn)2.2％(重量)以下在碳和錳的比例為1∶2的情況下，延展性轉(zhuǎn)變溫度變低，能改善常溫下的脆性。錳含量增加時(shí)由于碳化物過(guò)多地析出，使脆性增加，所以限制錳含量為碳含量的2倍，即限制在2.2％(重量)以下。
(4)鉻(Cr)、鉬(Mo)1～5％(重量)高硅鑄鐵幾乎對(duì)各種酸有耐酸性，為了提高耐酸性添加鉻和鉬，這是為了改善高硅鑄鐵對(duì)鹽酸的耐酸性差的缺點(diǎn)。從圖2所示的結(jié)果可以看出，鉻和鉬的加入量在1％(重量)以上情況下，對(duì)鹽酸的耐酸性明顯改善，加入5％以上的情況下由于沒(méi)有更大的改善效果，而且合金碳化物大量析出，所以限定在5％(重量)以下。
下面對(duì)在本發(fā)明的耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵制造方法中，熔解條件和鈰鑭合金的變質(zhì)處理、鑄造的澆注溫度的限定原因做詳細(xì)說(shuō)明。
(1)這是熔解了上述組成物的鐵水被加熱到1650℃以上階段，是為了完全去除含在硅(Si)原料中的雜質(zhì)，控制鑄造凝固后夾雜物的形成，是在1650℃以上的高溫保持足夠的時(shí)間，完全去除鐵水內(nèi)雜質(zhì)的階段。
(2)這是把加熱到1650℃以上的鐵水澆入添加了鐵水重量的0.1～0.4％(重量)的鈰鑭合金的鐵水包中的階段，由于一般高硅鑄鐵組織是由低強(qiáng)度的片狀石墨和硬而脆的硅鐵素體(silico-ferrite)構(gòu)成，所以為了控制石墨的形狀，提高抗拉強(qiáng)度，使鐵和非鐵元素合金化的、添加鐵水重量的0.1～0.4％(重量)的鈰鑭合金的階段。
(3)這是把添加上述鈰鑭合金的鐵水溫度控制到可以鑄造的最低溫度1270～1350℃的階段，與澆入1350℃以上高溫狀態(tài)鐵水相比，相對(duì)減少凝固時(shí)混入的氫氣，減少凝固后的氣體缺陷，來(lái)控制鐵水溫度的階段。
下面用適當(dāng)?shù)膶?shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
一般高硅鑄鐵存在有澆注后凝固時(shí)混入氫氣產(chǎn)生氣體缺陷，造成抗拉強(qiáng)度非常低的缺點(diǎn)。為了改善這一點(diǎn)，現(xiàn)在采用利用1次熔解制成母合金后，再進(jìn)行2次熔解，或在1400℃左右溫度下快速熔解澆注的方法。可是采用這樣方法的情況下，得不到10kgf/mm2以上的抗拉強(qiáng)度。這是由于含在硅原料中的雜質(zhì)不能完全去除，鑄造后形成夾雜物的原因。
因此在本發(fā)明中為了去除含在硅原料中的雜質(zhì)，采用在1650℃以上進(jìn)行充分去除雜質(zhì)的方法。在表1中熔解溫度在1650℃以下情況下，即對(duì)比材料1至9中，如圖3a所示，可以觀察到斷面上存在夾雜物，熔解溫度在1650℃以上情況下，即對(duì)比材料10至18、本發(fā)明材料1至9中，如圖3b所示，可以得到?jīng)]有夾雜物的致密的組織，這樣致密的組織可以得到提高抗拉強(qiáng)度值的效果。也就是利用使熔解溫度在1650℃以上充分去除夾雜物，可以得到?jīng)]有夾雜物的致密組織。
把鐵水在1650℃放置足夠的時(shí)間，把雜質(zhì)從鐵水中去除后，控制鐵水溫度在1270～1350℃范圍進(jìn)行澆注，澆注溫度在1250℃以下時(shí)，澆注本身就不可能。與此相反，澆注溫度在1350℃以上時(shí)，即對(duì)比材料10至12中，凝固后從斷面上觀察不到夾雜物，如圖3c所示，斷面上存在氣體缺陷，抗拉強(qiáng)度值顯著降低。這是由于澆注溫度高，氫氣混入量相對(duì)較多，凝固后氣體缺陷增加，帶來(lái)強(qiáng)度降低的結(jié)果。
另一方面澆注溫度比1350℃低的情況下，在對(duì)比材料13至18和本發(fā)明材料1至9中，凝固后在斷面上觀察不到夾雜物和氣體缺陷，抗拉強(qiáng)度大幅度提高。
本發(fā)明的高硅鑄鐵和對(duì)比材料、現(xiàn)有材料的熔解條件和抗拉強(qiáng)度

注表中“○”表示有夾雜物，“×”表示無(wú)夾雜物。
本發(fā)明的高硅鑄鐵為了控制石墨結(jié)構(gòu)使強(qiáng)度提高，在鐵水包中添加了鐵水重量的0.1～0.4％的進(jìn)行變質(zhì)處理的鈰鑭合金，把經(jīng)過(guò)1650℃充分去除雜質(zhì)階段的鐵水澆注到鐵水包中時(shí)(對(duì)比材料14、16、18和本發(fā)明材料1至9)，與在鐵水包中不添加鈰鑭合金時(shí)(對(duì)比材料13、15、17)相比，顯示出抗拉強(qiáng)度值顯著增加。
這樣的鈰鑭合金是與鐵(Fe)和非鐵元素組合進(jìn)行合金化制造的，所以可以作為脫氧劑、變質(zhì)處理劑、石墨球化劑使用，采用它是因?yàn)楸景l(fā)明合金中的碳變成針狀，是為了把對(duì)加工性能有害的微細(xì)片狀石墨改變成偽片狀或共晶狀，以提高加工性能和強(qiáng)度。這樣的鈰鑭合金其組成是鐵合金而且加入量少，對(duì)合金成分沒(méi)什么影響。可是大量添加情況下，會(huì)使合金成分改變，同時(shí)帶來(lái)不好的影響。
因此添加這樣的鈰鑭合金情況下，要限制它的加入量。也就是鈰鑭合金加入量為0.6％(重量)時(shí)，即對(duì)比材料14、16和18情況下，與加入量為0.4％(重量)時(shí)，即本發(fā)明材料3、6、9情況下相比較，看不出強(qiáng)度改善的效果。因此把鈰鑭合金加入量限制在0.4％(重量)以下。另一方面與不進(jìn)行鈰鑭合金變質(zhì)處理的現(xiàn)有材料相比，可以看出在抗拉強(qiáng)度方面有顯著改善。
因此本發(fā)明采用高硅鑄鐵成分由硅(Si)13.5～15.5％(重量)、碳(C)0.7～1.1％(重量)、錳(Mn)2.2％(重量)以下，以及鉻(Cr)1～5％(重量)和鉬(Mo)1～5％(重量)中至少一種元素，其余為不可避免的雜質(zhì)和Fe組成。把上述組成物熔解的鐵水加熱到1650℃去除雜質(zhì)后，澆入添加了鐵水重量的0.1～0.4％(重量)鈰鑭合金的鐵水包中，控制鐵水的溫度為可鑄造的最低溫度1270～1350℃進(jìn)行鑄造。由于能夠得到?jīng)]有氣體缺陷和夾雜物的致密微細(xì)組織，所以可以制造機(jī)械性能高的、耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵。
權(quán)利要求
1.一種耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵，其重量百分比組成為硅(Si)13.5～15.5％、碳(C)0.7～1.1％、錳(Mn)2.2％以下，以及鉻(Cr)1～5％和鉬(Mo)1～5％中至少一種元素，其余為不可避免的雜質(zhì)和Fe。
2.一種高硅鑄鐵的制造方法，其含有以下步驟把由重量百分比為硅(Si)13.5～15.5％、碳(C)0.7～1.1％、錳(Mn)2.2％以下，以及鉻(Cr)1～5％和鉬(Mo)1～5％中至少一種元素，其余為不可避免的雜質(zhì)和Fe的組成物熔解的鐵水加熱到1650℃以上；把上述加熱到1650℃以上的鐵水澆入添加了鐵水重量的0.1～0.4％的鈰鑭合金的鐵水包中；把添加了上述鈰鑭合金的鐵水溫度控制到可以鑄造的最低溫度1270～1350℃；以及把控制在上述1270～1350℃的鐵水進(jìn)行澆注。
全文摘要
本發(fā)明提供不需要附加設(shè)備，而通過(guò)改善制造工藝的方法，來(lái)制造比現(xiàn)有高硅鑄鐵不僅抗拉強(qiáng)度高，而且能便宜地進(jìn)行批量生產(chǎn)的、耐酸性優(yōu)良的高硅鑄鐵及其制造方法。采用高硅鑄鐵成分由硅(Si)13.5～15.5％(重量)、碳(C)0.7～1.1％(重量)、錳(Mn)2.2％(重量)以下，以及鉻(Cr)1～5％(重量)和鉬(Mo)1～5％(重量)中至少一種元素，其余為不可避免的雜質(zhì)和Fe組成。把上述組成物熔解的鐵水加熱到1650℃去除雜質(zhì)后，澆入添加了鐵水重量的0.1～0.4％(重量)鈰鑭合金的鐵水包中，控制鐵水的溫度為可鑄造的最低溫度即1270～1350℃進(jìn)行鑄造。
文檔編號(hào)C22C33/08GK1390971SQ02120618
公開(kāi)日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者白承翰, 孫龍哲, 金正哲, 韓東運(yùn), 白鎮(zhèn)鉉 申請(qǐng)人:株式會(huì)社又進(jìn)