[发明专利]中硅钼稀土镁钙蠕墨铸铁合金

说明书

本发明属于一种耐热、耐磨、而且具有良好的铸造性和机械性能的铸铁合金材料。主要用于制造锅炉炉排。

锅炉炉排在锅炉中是火床赖以支持燃料层，实现通风、并使燃料燃烧的关键部件。因此，要求炉排的材料具有较高的机械性能和耐磨性，而且要有抗氧化、抗生长、抗蠕变和抗热疲劳性能。目前，10吨/小时以下的锅炉多数以大块炉排代替了传统的链带式炉排，主要以普通灰铸铁作为炉排的材质，使用大修期为一到二年;对于10吨/小时以上的锅炉，使用灰铸铁作为炉排的材质，使用不到三个月就烧坏了。若使用铸钢作为炉排材质，则大大地增加了炉排的成本，对于锅炉炉排的应用也不够理想。

美国专利文献US4450019中介绍了一种耐热性能高的球墨铸铁材料，其中含硅、钼、稀土和镁，石墨形态为球体，主要用于制造汽车排气管。但此种材料铸造性能差，浇注某些零件如锅炉炉排的热节部分，容易产生缩孔和缩松。由于铸件变形大，使这种材料在许多零件的应用中得不到实施。即使文献中介绍的制造球铁汽车排气管，近年来也开始被蠕墨铸铁排气管所取代。近年来蠕墨铸铁发展迅速，它的强度、工艺性等介于球铁与灰铁之间。蠕墨铸铁的突出优点是导热性、铸造性比较好，因此产生缩孔、缩松的倾向性小，开始广泛的应用于钢锭模、汽车排气管等零件。但普通合金含量范围的蠕墨铸铁由于耐热性差不适合做有耐热要求的零件。

本发明的目的在于解决上述合金材料的不足，研制出一种新的铸铁合金，使其即具备一般蠕墨铸铁优良的工艺性能，又具有球墨铸铁较高的耐热性能，以满足炉排等有耐热要求的材料需求。

本发明的中硅钼稀土钙镁蠕墨铸铁合金是在普通铸铁的基础上提高硅量、增加钼量，并加入镁、钙、稀土等元素研制而成。其化学成份（以重量百分数计算）为：C：2.5～3.5%;Si：3.5～5%;Mn：0.3～0.7%;Mo：0.4～0.7%;P：0.02～0.1%;S：0.01～0.05%;Mg：0.01～0.05%;Ca：0.01～0.04%;稀土（主要为铈）：0.02～0.06%;其余为Fe。合金经蠕化处理和孕育处理。合金在铸态下其金相组织为：碳主要以蠕虫状石墨形态存在，其量大于50%，并存有少量的球状石墨及厚片状石墨;合金基体主要为合金化铁素体，有少量的珠光体和碳化物与磷共晶。用该合金铸造成的铸件，不必经过退火或其他热处理工序，可直接使用。

本发明的铸铁合金，当硅含量为3.5～5%时，硅使铸铁组织中的铁素体合金化，在600～850℃的高温环境中，使材质表面产生富硅的氧化膜组织，阻止了氧对基体的进一步氧化，并且硅的增加也同时提高铸铁的相变温度，每提高1%的硅量，相变温度可提高50℃，使氧化膜不因相变产生体积变化而破裂，使铸铁的抗氧化性能继续保持。但当硅量超过5%时则使铸件的室温脆性增加，降低铸件的机械性能，当零件承受机械应力时，将会发生脆断现象。而过低的硅量影响富硅氧化膜组织的形成，使铸件抗氧化性能不明显。

钼是本发明的铸铁合金提高高温性能，提高抗蠕变性能及热疲劳性能的主要添加元素，当Mo的含量低于0.4%时，其作用不明显。随着Mo元素的含量不断增加，则可提高该合金的高温强度、断裂强度及抗蠕变能力。对于耐热疲劳性能的增加最为明显，但同时该合金的成本也随之增加。因此，从合金的性能与经济性能综合考虑，MO的含量以不超过0.7%为宜。

该合金中蠕虫状石墨是采用含钙、稀土的低镁蠕化剂，在铁水包中用凹坑堤坝式冲入法获得的。蠕化剂的加入量占铁水总量的0.6～0.7%，加入75硅铁进行孕育，其加入量占铁水总重量的1%，这样即可获得蠕化率为70～80%的蠕虫状石墨;铁素体占80%以上其余为珠光体和碳化物与磷共晶的金相组织的铸铁合金。由于铸件在铸态下就获得较理想的金相组织，因此，不需要后续的热处理工序。当合金中钙的含量低于0.01%时，该合金将不能得到蠕虫状石墨铸铁，同时钙不仅可以促使蠕虫状石墨的形成，产生生核作用，减少了白口倾向，同时它与氧、硫作用产生脱硫去氧化反应，可以扩大硫含量的限制范围，使生产过程趋于稳定。镁的作用是使铁水沸腾，增加钙和稀土的反应能力，有利于铁水吸收钙胂⊥痢９嗟拿玖吭蚧崾故湮蜃矗ナ淠男阅堋?

本发明的蠕墨铸铁合金材料，具有较高的抗拉强度，便于机械加工，热性能与高硅钼球铁相近，而铸铁缩孔和缩松的倾向性大为减少，是浇注锅炉大块炉排的理想材料。