第四节　耐热铸铁

耐热铸铁主要用于制造加热炉附件，如炉底板、输送链构件、换热器，炉条、高炉支架式水箱、金属型玻璃模、矿山烧结车挡板玻璃窑烟道闸门、玻璃引上机墙板、加热炉两端管架等。这就要求其不仅有耐高温性，还要具有一定的耐氧化性。由于高温炉在工作时，氧化性气体沿石墨片边界或裂纹渗入铸铁内部造成氧化。因此须向铸铁中加入铝、硅、铬等元素，使铸件表面形成一层致密的SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃等氧化膜，能明显提高高温下的抗氧化能力，同时能够使铸铁的基体变为单相铁素体。此外，硅、铝可提高相变点，使其在工作温度下不发生固态相变，可减少由此而产生的体积变化和显微裂纹。铬可形成稳定的碳化物，提高铸铁的热稳定性。本节主要介绍几种常见耐热铸铁的工艺特点。

一、中硅耐热灰铸铁

化学成分：C≤2.6％，Si 4.6％～5.2％，Mn≤0.4％～0.8％，S、P≤0.1％。上述成分中，生铁中含碳高达4％，但由于硅的影响使铁水中的碳自然平衡下降到2.6％以下，同样铁水面出现漂浮石墨。硅的含量不宜达到5.5％，否则铸件易脆裂。笔者经验发现W含量宜为0.5％～0.6％。

显微组织和力学性能：铁素体基体（Si、Mn、W均溶于铁素体中）+短片状石墨。该铸铁耐热（抗氧化）原因在于：硅在α-Fe中的溶解度（200℃）最多可达18％，含Si 5％即可阻止氧原子渗入内部，而不生成FeO或Fe₂O₃。但Si原子固溶于α铁晶体点阵之后，引起α铁晶格的畸变而使其发生硬化和脆化。其室温的力学性能如表3-5所示，实测中硅耐热灰铸铁900℃时，拉伸强度20MPa。

表3-5　不同含硅量铁素体基体灰铸铁的常温力学性能

使用条件：适用于受力不大的工作条件。优点是工艺简便，生产成本低廉；900℃以下的热空气中有尚好的抗氧化性［氧化速率14.33g/（m²·h）］。宜用潮砂型铸造，铸件在型内缓冷到50℃以下开箱，以防铸件发生冷裂。可用稀土硅铁镁合金（含Mg≥9％）处理成球墨铸铁。在中硅（4.6％～5.2％）铁水中加入Al 1.5％～2.5％，成为中硅铝耐热灰铸铁。在实际应用中，以某焦化厂烧结窑的扒焦铲为例，采用中硅铝耐热灰铸铁材质使用寿命两个半月，原用普碳钢铲，使用寿命仅为半个月。

二、中硅中铝球墨铸铁

球墨铸铁与灰铸铁相比由于石墨呈细小球状，所以力学性能要优于后者，但由于要加入球化过程，工艺更复杂。其化学成分为：C 2.6％～2.4％，Si 4.8％～5.2％，Al 5.2％～4.8％，Mn 0.4％～0.2％，S≤0.02％，P≤0.1％，Mg 0.05％，RE 0.02％～0.01％。其显微组织为铁素体（固溶Si，Al，C，Mn）+球墨铸铁。

力学性能：常温拉伸强度250～350MPa，延伸率1％～1.5％，布氏硬度310～340，冲击韧性2J/cm²；当温度为900℃时测得拉伸强度50～70MPa，冲击韧性80～100J/cm²。抗高温氧化性能比单一中硅灰铸铁和中硅球墨铸铁都优越，可参见不同中硅铸铁氧化速率（见表3-6）。

表3-6　不同中硅铸铁及耐热钢不同温度下氧化速率对比

一般中硅中铝球墨铸铁可用于高温烧结炉、焙烧炉使用的炉条、炉箅等铸件。其生产工艺为：使原铁水含硅4.5％，出炉温度1380～1400℃，铁水包围放置铝锭5.5％（铁水重）和稀土硅铁镁合金块（Mg≥9％）1.4％（铁水重），粒度10mm，盖一层薄铁板，板上放4～5层干燥的稻草袋，冲入2/3总量的铁水，随后在1/3铁水流中加入占铁水总重0.8％～1.0％的硅铁（Si 75％）小颗粒（ф5～10mm），稻草燃烧的火焰使铁水液面上部失氧，草灰厚度约为100mm，可起到保温同时避免氧进入铁水中，立即用钢勺搅拌铁水，扒去草灰或挡渣快速浇铸，可以防止铁水中铝元素偏析，待铸件凝固后去掉压箱铁，将铸件在型腔缓慢冷却到50℃以下开箱，防止铸件冷裂。

三、高铝耐热铸铁

高铝耐热铸铁适宜的化学成分为：碳1％，铝26％～27％，硅≤0.6％，锰≤0.6％，硫≤0.1％，磷≤0.1％，钛0.2％（或铈0.02％～0.5％）。显微组织为针状的Al₄C₃化合物+铁素体（含铝的固溶体）。常温硬度为HB220，常温拉伸强度为250MPa。

耐热耐蚀性：低载荷条件下耐高温（≤1240℃）、耐热空气氧化和燃气腐蚀。耐950℃碳酸盐溶液和550℃硝酸盐溶液的腐蚀，耐1100℃硼酸溶液的腐蚀。此类铸铁除抗高温氧化外，在高温下有一定的耐磨性。其高温氧化性能优于高铬铸铁（C 2.36％，Cr 34％，Si 1.8％，Mn 0.70％，Ti 0.3％，Al 0.30％），也优于超低碳镍铬耐热铸钢（C 0.03％，Cr 19％，Ni 15％，Si 5％，Mn 0.2％）。在同等条件（抛光的试样，气压为0.1MPa，1100℃保温8h）试验后，实测结果如表3-7所示。

表3-7　高铝耐热铸铁与其他铸铁氧化常数的对比