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耐蝕鑄鐵(corrosion-resistant cast iron)
能夠防止或延緩某種腐蝕介質腐蝕的特殊鑄鐵。耐蝕鑄鐵可根據金相組織、合金成分和適用的介質進行分類。在常見的腐蝕介質內,鑄鐵的化學成分比其金相組織對耐蝕性的影響更顯著。因此,通常多按鑄鐵的化學成分分類。
耐蝕鑄鐵
普通高硅鑄鐵 化學成分和力學性能見表。一般碳量可偏上限,以降低高硅鑄鐵的硬度、改善鑄造工藝性能。錳不宜偏高,因對耐蝕性和力學性能均有不良影響。當含硅量小於15.2%時,其組織為少量片狀石墨分佈在富硅鐵素體上;當其含硅量大於15.2%時,鐵素體基體中析出η脆性相,隨含硅量續增η相相應增多,鑄鐵變得更脆,而耐酸性則相應地增強。高硅鑄鐵對各種濃度、溫度的硫酸、硝酸,室溫的鹽酸以及所有濃度、溫度的氧化性混合酸、有機酸均有良好的耐蝕性。
普通高硅鑄鐵的化學成分和力學性能
牌號
化學成分%
力學性能
C
Si
Mn
P
S
σb/MPa
HBS
STSi-15
O.5~O.8
14.5~16
≤O.5
<0.1
<O.06
60~80
300~400
STSi-17
O.3~O.5
16~18
≤O.5
<O.1
<0.02


合金高硅鑄鐵 主要包括:(1)稀土中硅鑄鐵(STSi11Cu2CrRE)。將高硅鑄鐵(STsi-15)中的硅含量降到10%~12%,加入0.10%~0.25%的稀土。其化學成分(%)為:C1.0~1.2,Si 10~12,Mn0.35~0.60,Cu1.8~2.2,Cr0.4~0.8,P<0.045,S<0.018,RE殘0.04~0.10。其性能與普通高硅鑄鐵相比,硬度略有下降,脆性及切削加工性能有所改善,可以車削等。稀土中硅鑄鐵的耐蝕性接近於高硅鑄鐵STSi-15。(2)含銅高硅鑄鐵,在普通高硅鑄鐵中加入6.5%~8.5%或8%~10%的銅。銅能改善高硅鑄鐵的力學性能,提高強度及韌性,降低硬度。含銅高硅鑄鐵具有可車削性等。含6.5%~8.5%Cu高硅鑄鐵在常用介質中除對45%濃度的硝酸耐蝕性稍差外,對其他酸均有較好的耐蝕性。含8%~10%cu的高硅鑄鐵在80℃的各種濃度的硫酸中都有高的耐蝕性,腐蝕率均少於0.3mm/a,它可用來製造接觸各種濃度的熱硫酸的化工機械零件。(3)含鉬高硅鑄鐵(STSi15M03RE)。加鉬可以改善高硅鑄鐵的耐鹽酸腐蝕性能,一般加鉬量為3%~3.5%。含14.3%Si的高硅鑄鐵,隨加入鉬量增多,腐蝕速度下降。含鉬3%時在中低濃度的鹽酸中是很耐蝕的,但在熱濃鹽酸中仍然不耐蝕。(4)高硅鉻鑄鐵(STSi15Cr4RE)。高硅鉻鑄鐵的化學成分為(%):C<1.40,Si14.25~15.75,Mn<0.5,P<0.10,S<0.10,Cr4.0~5.0,RE殘<0.10。其主要力學性能是:抗彎強度150~240MPa,撓度0.70~0.90mm,布氏硬度HBS350~450。具有高的耐蝕性能,適用於製造陰極保護用的陽極鑄件,如接觸海水、淡水等介質的設備零件。
鎳奧氏體鑄鐵 含鎳量為13.5%~36%的鑄鐵。改變含鎳量,並附加少量其他合金元素,形成不同牌號、類型,以適應不同腐蝕介質和使用條件的需要。如加鉻、銅、鉬改善耐蝕性,加鈮改善焊接性等。各類型奧氏體鑄鐵又可按石墨形態歸納為奧氏體灰鑄鐵和奧氏體球墨鑄鐵。鎳奧氏體鑄鐵的金相組織由單一的奧氏體基體與分佈其上的片狀石墨、球墨和少量碳化物組成。石墨形態對耐蝕性並無明顯影響,但石墨球化后將明顯提高奧氏體鑄鐵的抗磨蝕性。在燒鹼、鹽滷、海水、海洋大氣,還原性無機酸、脂肪酸等介質中奧氏體鑄鐵具有高的耐蝕性。在鹼性介質中鎳奧氏體鑄鐵的耐蝕性極為優越。
高鉻鑄鐵 含鉻24%~35%的白口鑄鐵稱為耐蝕高鉻鑄鐵。高鉻鑄鐵的顯微組織為奧氏體或鐵素體加碳化物。一般說來,對於不含一定數量的穩定奧氏體合金元素(Ni,Cu,N)的高鉻鑄鐵,當含碳量低於1.3%時易獲得鐵素體,含碳略高時易獲得奧氏體基體。耐蝕高鉻鑄鐵在氧化性腐蝕介質中顯示出較好的耐蝕性,同時在含有固體顆粒的腐蝕介質中顯示出優異的耐腐蝕和抗沖刷性能。
含鋁鑄鐵 含鋁3.5%~6%的鑄鐵用於製造輸送聯鹼氨母液、氯化銨溶液、碳酸氫銨母液等腐蝕介質的泵閥零件。在不含結晶物的氨母液中,鋁鑄鐵的腐蝕率為0.1~1.0mm/a。在含結晶物的聯鹼溶液中,為提高鋁鑄鐵的抗磨損腐蝕性能,可在鋁鑄鐵中加入4%~6%Si和0.5%~1.0%Cr,製得鋁硅鑄鐵。
低合金耐蝕鑄鐵 主要有:(1)含銅鑄鐵。含銅0.40%可使鑄鐵在大氣中的腐蝕減少25%以上,在含有濃硫酸煙氣的大氣中效果更佳。用含0.4%~0.5%Cu的鑄鐵輸送硫酸的離心泵,其使用壽命比普通鑄鐵泵的壽命延長30%。在含硫高的冷或熱的重油中,加耐nai入銅能減少鑄鐵的腐蝕,所以石油工業中可以採用含銅鑄鐵。含銅鑄鐵中再加入少量錫或銻又能進一步提高其耐蝕性。(2)低鉻鑄鐵。鑄鐵中加入0.5%~2.3%Cr,可減弱鑄鐵在流動海水中的腐蝕,使腐蝕速率約減少50%。(3)低鎳鑄鐵。鑄鐵中加入2%~4%的鎳,可提高鑄鐵在鹼、鹽溶液及海水中的耐蝕性。
鑄鐵的腐蝕是指它與其周圍介質發生化學、電化學反應或被熔融的金屬熔蝕而導致其損傷或破壞的過程。鑄鐵的腐蝕介質一般多是導電的電解質,所以鑄鐵的腐蝕以電化學腐蝕居多。鑄鐵表面的成分、組織(不同的相、晶界、晶格缺陷)、表面狀態(應力、應變)等的不均一性具有著不同電極電位,電位較正的為陰極,電位較負的為陽極。電極電位的正、負只能衡量電化學腐蝕傾向的大小,而不能估計鑄鐵耐蝕性的高低。耐蝕能力的好壞取決於腐蝕反應速度。
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