[发明专利]一种超低碳铁素体高硅铁基合金及制造方法无效
申请号: | 201410264496.3 | 申请日: | 2014-06-13 |
公开(公告)号: | CN104018057A | 公开(公告)日: | 2014-09-03 |
发明(设计)人: | 赵爱民;丁箫楠;曾尚武;印珠凯;米振莉;武会宾;赵征志 | 申请(专利权)人: | 北京科技大学 |
主分类号: | C22C37/10 | 分类号: | C22C37/10 |
代理公司: | 北京市广友专利事务所有限责任公司 11237 | 代理人: | 张仲波 |
地址: | 100083*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 超低碳铁素体高硅铁基 合金 制造 方法 | ||
技术领域
本发明涉及优良的超低碳铁素体高硅铁基合金,属于耐蚀合金的领域。
背景技术
伴随工业的发展,对可以用于暴露在强腐蚀环境的设备上的材料需求越来越高。高硅铸铁就是根据这种需求开发的材料之一。硅的质量分数在10%~18%之间的Fe-Si-C铸造合金称为高硅铸铁。高硅铸铁硬而脆,力学性能较低,但腐蚀性能好。是一种具有优良耐酸性能的铸造合金,它具有耐蚀性好、成本低、生产工序简单、节用(无)镍铬等贵重金属等优点,特别适用于制作承受静载荷的与各种强腐蚀介质(如各种温度和浓度的硝酸、硫酸、铬酸、有机酸和一系列盐溶液)接触的部件。高硅耐蚀铸铁件可用于化工、石油、化纤、冶金、国防等工业所需的耐蚀铸件,还可用于制造外加电流阴极保护用的辅助阳极铸件,不适于制造承受较大冲击载荷,交变负荷或温度突变的零部件。但是,高硅铸铁由于它的固有特性所决定,又存在着强度和冲击韧性低、硬度高、脆性大、导热系数小以及膨胀系数大等缺点。以致在铸造生产及应用时,很容易产生缩松、缩孔和裂纹等缺陷,不能经受剧烈的温度变化及承受高压,机械加工比较困难。从而在一定程度上限制了这种材料的推广和应用。
高硅铸铁含硅高,可以形成致密的SiO2氧化膜,在高温硫酸、硝酸等强氧化性酸液中具有优良的耐蚀性能。现有高硅铸铁的组织结构为片状石墨均匀分布在富硅铁素体上,片状石墨切断了金属基体的连贯性,由于石墨本身几乎无抗拉强度,也无伸长率,故极大的降低了整体的抗拉强度。而且在片状石墨的尖角处易产生应力集中,造成铸件的局部损坏,并迅速扩展成脆性断裂,若片状石墨愈多、愈粗大、分布愈不均匀。则强度和塑性就愈低。而且由于石墨电极电位较基体高,在腐蚀过程中作为腐蚀原电池的活性阴极,而基体组织作为阳极被加速腐蚀,故石墨的出现对耐蚀性也有不利的影响。因此提高高硅铸铁力学性能和耐蚀性能应该尽量减少石墨总量,所以应该尽量减少组织中的碳含量。
目前高硅铸铁件的生产主要在中小件的生产中,对大件的生产受到成形性和缺陷以及加工性能的影响,研究的很少,特别是超低碳的高硅铁基合金的研究还属于空白。
发明内容
本发明目的是为了解决普通铸件耐蚀性差,而高硅铸铁又存在着强度和冲击韧性低、硬度高、脆性大、导热系数小以及膨胀系数大等问题,通过有效的成分设计,得到一种超低碳铁素体高硅铁基合金的铸件,提高合金的力学性能和耐蚀性能。
为了达到上述目的,本发明提供的超低碳铁素体高硅铁基合金,其化学成分质量百分比为:碳(C)≤0.008%、硅(Si)14.5~18%、锰(Mn)0.3~0.8%、硫(S)<0.03%、磷(P)<0.03%、稀土RE:0.01~0.05%、其余为Fe和不可避免的杂质的组成。
下面对本发明合金组成的数值限定的原因做详细的说明。
(1)硅(Si):14.5~18%(重量)
当硅的重量比达到14.5%时,在适当的介质条件下,其表面会形成一层致密的保护膜,膜主要由二氧化硅构成。这时耐蚀性急剧上升,当含硅量低于14.5%时,耐蚀性受氧化铁膜控制;含硅量高于14.6%时,耐蚀性受二氧化硅膜控制。因此铸铁中必须含有不低于14.5%的硅才具有优良的耐蚀性。耐蚀性能随含硅量的增加而提高,但过高的含硅量会生成介稳定的脆性相(Fe5Si2),使材料更脆,为此最高含硅量可达18%。但为了获得良好的耐蚀性,又不使其机械性能太差,高硅耐蚀铁基合金Si的含量选在16.5%~18%。
(2)碳(C):≤0.008%(重量)
高硅耐蚀合金中的硅含量越高,含碳量应当越低。这是由于Si在α固溶体中的溶解能力比C强,而且Si又加速了C的扩散,因此C就被Si排挤出来而形成石墨。当C量提高时石墨增大、增多,就会形成更多的空洞和构成更多的微电池,而不利于其机械性能和耐蚀性。所以超低碳高硅耐蚀铁基合金的C含量选在≤0.008%。
(3)锰:0.3~0.8%(重量)
锰在铁基合金中是一种扩大奥氏体区的元素,而硅是缩小奥氏体区的元素,少量的锰在高硅铁基合金中将固溶在α铁素体中,对合金的耐蚀性和机械性能影响不明显,但过高的锰对高硅铁基合金的性能产生不利的影响,因为锰在合金凝固偏析系数较大,极容易在树枝晶间富集,使成分分布的不均匀,造成局部微区的电极电位存在一定的差别,甚至形成微电池效应,降低合金的耐蚀性,故Mn应选0.3%~0.8%之间。
(4)磷(P)<0.03%(重量)
P的含量将影响到高硅耐蚀合金的耐热性,一般要求其含量在0.03%以下。
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