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      天銘 天銘
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      正在組裝的主反軌模型

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      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用,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 

      牌號

      C

      Si

      Mn

      P≤

      S≤

      Ni

      Cr

      Cu

      RE

      耐腐蝕性能

      STNi2CrCuRE

      2.8~3.6

      1.8~2.8

      0.6~1.0

      0.12

      0.06

      2.0~2.8

      0.8~1.5

      0.50~1.00

      ≤0.15

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      STNi2Cr

      2.8~3.6

      1.8~2.8

      0.6~1.0

      0.12

      0.06

      2.0~2.8

      0.8~1.5

       

       

      STNi2Cr

      2.8~3.6

      1.8~2.8

      0.6~1.0

      0.12

      0.06

      1.5~2.0

      0.8~1.5

       

       

      STNi2Cr

      2.8~3.6

      1.8~2.8

      0.6~1.0

      0.12

      0.06

      0.8~1.2

      0.8~1.5

       

       



       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

        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 

      牌號

      抗拉強度(Mpa)

      抗彎強度(Mpa)

      硬度(HB)

      腐蝕率(mm/y)

      STNi2CrCuRE

      ≥240

      480

      ≥240

        0.05~0.20

       

       

      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 

      牌號

      C

      Si

      Mn

      P≤

      S≤

      Ni

      Cr

      Cu

      RE

      GSTNi2CrCuRE

      2.8~3.6

      2.0~3.5

      0.5~1.0

      0.12

      0.06

      2.0~2.8

      0.6~1.5

      0.50~1.00

      ≤0.15

       

       

       
                   表4  GSTNi2CrCuRe腐蝕鑄鐵的性能 

      牌號

      抗拉強度(Mpa)

      延伸率(δ5)

      硬度(HB)

      腐蝕率(mm/y)

      GSTNi2CrCuRE

      ≥420

      ≥ 3%

      ≥270

       

       

       

        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

                各種結構形狀的底檻圖片

                各種結構形狀的主反軌圖片

                       門楣圖片

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