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1、(10)申请公布号 CN 104018057 A (43)申请公布日 2014.09.03 CN 104018057 A (21)申请号 201410264496.3 (22)申请日 2014.06.13 C22C 37/10(2006.01) (71)申请人 北京科技大学 地址 100083 北京市海淀区学院路 30 号 (72)发明人 赵爱民 丁箫楠 曾尚武 印珠凯 米振莉 武会宾 赵征志 (74)专利代理机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 11237 代理人 张仲波 (54) 发明名称 一种超低碳铁素体高硅铁基合金及制造方法 (57) 摘要 一种超低碳铁素体高硅铁基合金及制造方 法。
2、， 属于耐蚀合金的领域。超低碳铁素体高硅 铁基合金化学成分为 ： 碳 0.008、 硅 14.5 18、 锰0.30.8、 硫、 磷0.03、 RE ： 0.01 0.05、 其余为 Fe 和不可避免的杂质。合金熔 炼温度为 1480 1520， 出炉温度为 1420 1460， 出炉前在铁水包中加入稀土硅铁合金。 在 铁水温度到12801320时浇注， 采用高温退火 工艺， 铸件热装入炉， 加热到 750 800， 保温 1224小时炉冷到100以下出炉。 本发明超低 碳高硅铁基合金的室温组织为单相铁素体组织， 消除石墨对铁素体基体的切割作用和基体与石墨 电位差引起的局部腐蚀， 提高了合金的。
3、力学性能 和耐蚀性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 (10)申请公布号 CN 104018057 A CN 104018057 A 1/1 页 2 1. 一种超低碳铁素体高硅铁基合金， 其特征在于制备超低碳铁素体高硅铁基合金分 的化学成分重量百分比为 ： 碳 0.008、 硅 14.5 18、 锰 0.3 0.8、 硫 0.03、 磷 0.03、 稀土 ： 0.01 0.05、 其余为 Fe 和不可避免的杂质的组成。 2. 根据权利要求 1 所述的超低碳铁素体高硅铁基合金的制备。
4、方法， 其特征在于采用 纯铁、 硅铁、 稀土原材料配置合金， 将这些原材料加入碱性感应电炉或电弧炉中进行两次熔 炼， 熔炼温度 1480 1520， 熔炼过程中加入酸性造渣剂， 并静置足够长的时间， 去除合金 液中的气体和夹杂物。 3. 按照权利要求 2 所述的高硅铁基合金的制备方法， 其特征在于在铁水包内进行变 质处理， 熔炼合金后， 在铁水包包底加入稀土硅铁合金， 加入量为处理铁水重量的 0.2 1.0， 将熔炼好的铁水倒入铁水包中与稀土硅铁合金反应， 出炉温度为 1420-1450， 铁水 温度到 1280 1320时浇注成形。 4. 按照权利要求 3 所述的超低碳铁素体高硅铁基合金的制。
5、备方法， 其特征是浇注成形 后立即采用高温退火工艺， 铸件热装入炉， 加热到 750 800， 保温 12 24 小时炉冷到 100以下出炉。 权 利 要 求 书 CN 104018057 A 2 1/3 页 3 一种超低碳铁素体高硅铁基合金及制造方法 技术领域 0001 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 0002 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1018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。
6、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、 。
7、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。 0003 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。
8、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。 0004 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 0005 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。
9、学性能和耐蚀性能。 0006 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。 0007 下面对本发明合金组成的数值限定的原因做详细的说明。 0008 (1) 硅 (Si) ： 14.5 18 ( 重量 ) 0009 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 说 明 书 CN 104018057 A 3 2/3 。
10、页 4 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。 0010 (2) 碳 (C) ： 0.008 ( 重量 ) 0011 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 固溶。
11、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。 0012 (3) 锰 ： 0.3 0.8 ( 重量 ) 0013 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 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。
12、， 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。 0014 (4) 磷 (P)0.03 ( 重量 ) 0015 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。 0016 (5) 硫 (S)0.03 ( 重量 ) 0017 S 的含量增加会降低高硅耐蚀合金的耐蚀性和机械性能， 因为铁水中 S 的活性系 数随 Si 的增加而显著提高。所以 S 的含量应严格控制在 0.03以下。 0018 本发明的优点在于 ： 与传统的高硅铸铁相比， 本发明石墨含量大大降低， 这提高了 合金。
13、的机械性能， 由于少了石墨作为基体活性阴极， 合金基体的腐蚀原电池数量也大大减 少， 提高了合金的耐蚀性。 具体实施方式 0019 本发明的超低碳高硅铁基合金的制备工艺如下 ： 0020 本发明提供的超低碳铁素体高硅铁基合金的熔炼 ： 将纯铁、 硅铁加入感应电 炉或电弧炉中进行两次熔炼， 使各种物料充分混合均匀， 并在熔炼过程中加入酸性造渣 剂， 合金液熔化后经过充分静置后， 去除合金液中的气体和夹杂物， 合金的熔炼温度为 1480-1520 ； 出炉温度为 1420-1460 ； 在铁水温度到 1280 1320时浇注成形。 0021 (1) 熔炼 0022 (2) 炉前处理 0023 (3。
14、) 浇注工艺 0024 (4) 热处理工艺 0025 本发明所述的制备方法， 包括如下步骤 ： 0026 1) 将纯铁、 硅铁和锰铁加入酸性感应电炉或电弧炉中进行两次熔炼， 使各种物料 充分混合均匀。 0027 2) 熔炼温度为 1480 1520， 出炉温度为 1420 1460， 出炉前在铁水包中加 说 明 书 CN 104018057 A 4 3/3 页 5 入稀土硅铁合金。 0028 3) 采用树脂砂型， 将预先除锈的不锈钢筋固定在铸型中， 在铁水温度到 1280 1320时浇注。 0029 4) 采用高温退火工艺， 铸件热装入炉， 均匀加热到 750 800， 保温 21 24 小 时炉冷到 100以下出炉。 说 明 书 CN 104018057 A 5 。