上海清草砂工程部分在加工的耐腐蝕鑄件-底坎部分

耐腐蝕合金鑄鐵
    耐海水腐蝕及海洋大氣腐蝕鑄造加工件，代表材質為STNi2CrCuRe，主要用于沿海水利工程、海河大閘、海濱發電工程、污水處理工程等需要耐海水及海洋大氣腐蝕、城市污水處理的鑄造加工件，用于替代價格昂貴的不銹鋼。耐海水腐蝕鑄造加工件，與不銹鋼結構件或不銹鋼復合結構件相比，具有結構設計靈活、成本低廉的優點，近年來已在沿海工程獲得大量成功應用。
   STNi2CrCuRe耐海水腐蝕鑄件性能簡介
    對于海水水工工程而言，耐蝕金屬材料的用量大，一個工程用量可能達到成千上萬噸，使用高級合金是不現實的，也是對資源的浪費。使用普通碳鋼與鑄鐵很難達到實際使用與設計的要求；采用不銹鋼焊接鋼結構基體的復合材料，因不同材質的電子電位差不同，往往因焊接部位的加速腐蝕造成復合材料埋件的過早失效，綜合考慮各種選材原則、平衡各種因素條件后，選用低合金耐海水腐蝕鑄鐵是比較普遍的選擇。目前研制和在用的低合金鑄鐵就是在鑄鐵中加入Ni、Cr、Si、Cu、RE等元素形成的低合金耐蝕鑄鐵，加入Ni、Cr、Si等元素降低鑄鐵中陽極相，也就是基體的活性，朝正電位方向移動，從而降低材料的腐蝕速度；加入Cr、Si等在鑄鐵表面形成保護膜，相當于增加了腐蝕微電池的電阻，減小電流，降低腐蝕；加入稀土元素使鑄鐵除氣，去除雜質、改善組織，特別是晶界上的雜質，從而改善鑄鐵的耐蝕性，特別是耐晶間腐蝕性能。近年來逐漸形成了以STNi2CrCuRE為代表的耐蝕鑄鐵，腐蝕速度約為0.05～0.2mm/a，耐蝕級別為4～6級，是目前應用比較多的耐蝕鑄鐵材料，這種耐蝕鑄鐵近幾年來在海水水工工程中獲得了大量應，使用效果良好。   STNi2Cr合金鑄鐵材料以其優良性價比受到了用戶的一致好評，近年來在近海工程和沿海水利工程上面得到了越來越多的應用。在多達四十幾個項目應用中，經跟蹤未發現有超過設計要求的腐蝕現象發生。
  STNi2Cr合金鑄鐵材料存在以下問題：
1、 不經表面防腐的合金鑄鐵材料長時間暴露在空氣中時，會生成一層浮銹，但不影響合金鑄鐵材料的耐海水腐蝕性能。
2、 該材料是灰鑄鐵基體的脆性材料，在吊裝轉運過程中如操作不當會造成埋件摔斷。

表1   常用耐海水腐蝕鑄件的化學成分

上述常用耐海水腐蝕鑄鐵材料，設計單位可根據應用環境的海水含鹽量高低、海水流速大小、海水（或污水）的污染程度，工程的重要程度選擇不同合金含量的材料成分。表1牌號從上至下隨著合金含量的降低耐蝕性能和造價也逐步降低。
　　設計單位在設計合金鑄鐵的材質時，應避免使用AS（砷）、Sb（銻）合金元素。雖然AS、Sb等元素降低鑄鐵中陰極相的活性，使陰極相朝負電位方向移動，降低耐蝕鑄鐵不同相之間的電位差，降低材料的腐蝕速度，但鑄件開裂傾向極大，并大幅降低合金鑄鐵的機械性能。提高Cr含量不僅提高合金鑄鐵的耐蝕能力，還可以大幅提高合金鑄鐵的硬度，但Cr含量大于1.2%、硬度大于350HB后，將造成加工很困難。如果埋件工作面需要高硬度，為降低制造成本，應按照埋件的使用功能區分不同埋件的合金成分含量，如：門楣（頂坎）、底坎可以選擇Cr:0.8-1.2%，硬度HB≧220；主軌、反軌、主反軌可以選擇Cr:1.2-1.8%，硬度HB≧300
　　為滿足合金鑄鐵的設計壽命，海水工程埋件選用材料時，首先就是選用適用的冶金產品品種牌號，這種牌號的產品應該具有符合設計要求的耐腐蝕性能、綜合力學性能和適宜的熱處理狀態；確定采用的品種牌號后，更要嚴格要求鑄件的冶金質量，包括化學成分的準確性、均勻性；第二要考慮生產海水工程埋件的冶金工藝，因為先進的冶煉工藝是生產高質量產品的保證，沖天爐就很難保證成分的準確性和均勻性，只有中低頻感應電爐等類熔煉爐才能冶煉出優質的鐵水，才能保證達到設計的要求；再者，還要看產品的鑄造工藝，先進的鑄造工藝才能鑄造出不僅外觀質量高，而且內在質量好的優質的鑄件。這幾方面都是選材時應該特別注意的。

表2  典型海水工程埋件用腐蝕鑄鐵的性能

注：對于主軌、反軌、主反軌等需要與輪子接觸的埋件，Cr含量可調整到1.2%以上，如用戶無特殊要求，為方便機械加工，Cr含量不作調整。

GSTNi2CrCuRe簡介
　　為解決STNi2CrCuRe韌性不足的問題，我公司經過長期攻關，研制出了高強度兼具一定韌性的新型合金鑄鐵材料GSTNi2CrCuRe，并經國際知識產權局備案形成我公司的專有技術，其化學成分與主要性能如下表：
　　　　　　　　　　表3   GSTNi2CrCuRe耐海水腐蝕鑄件的化學成分

表4  GSTNi2CrCuRe腐蝕鑄鐵的性能 

GSTNi2CrCuRe與 STNi2CrCuRe相比，其材料的顯著優點是：在強度提高近一倍的情況下，基體還具有一定的韌性（其韌性指標相當于挖掘機斗齒），并且耐海水腐蝕性能大幅提高。    
耐海水腐蝕合金鑄鐵埋件的典型結構

底坎典型結構

　門楣典型結構

主軌典型結構

主反軌典型結構

門槽埋件的結構工藝性
　　目前水利工程門槽埋件有結構件與鑄造件兩種。因為制造工藝的差別，這兩種工件的結構形式有比較大的區別。結構形式的合理性，決定了制造工藝性的好壞，從而影響到埋件制造的難度和精度，進而影響到投資方的成本。
　　合理的鑄件壁厚與連接
    合理的鑄件壁厚與過渡可獲得較理想的鑄件物理性能，不出現白口傾向，同時得到合理的石墨形狀

鑄造門槽埋件的結構工藝性
　　鑄件的筋板設計：筋板距離不宜超過500mm，對于主反軌類鑄件，要考慮在筋板上設置灌漿孔。
　　埋件的斷面形狀：合理的斷面形狀應是1）平面寬度不宜超過500mm；2）埋件自身結構大體對稱；3）壁厚不宜懸殊過大
　　不合理的斷面形狀會造成澆注塌箱、鑄造后收縮變形，鑄件熱結處產生縮孔、縮松缺陷。
　　埋件長度：埋件長度2.5-3m比較合理，埋件過短增加安裝難度并降低安裝精度，埋件過長會造成變形量增加并加工困難。

合金鑄鐵加工面涂層的合理厚度
　　耐腐蝕合金鑄鐵是依靠材料本身的性能進行防腐的，設計單位在進行防腐設計時，建議加工面漆膜厚度不宜超過100um。因為埋件工作面經機械加工后很光潔，與拋丸或噴砂后的鋼結構相比，漆膜附著力很差，如果漆膜設計過厚（如超過150um），漆膜涂層在干燥后會變得很脆，受到外力磕碰時很容易脫落而失去防腐意義，所以建議耐腐蝕合金鑄鐵加工面的漆膜厚度最好不要超過100um

耐腐蝕合金鑄鐵埋件實物圖片

各種結構形狀的主反軌圖片