在热浸镀铝铝锅中使用的沉没辊筒的性能要求耐高温，转动灵活、耐铝液腐蚀和耐磨损^[1]。目前，该类产品主要进口，且大量使用的进口沉没辊筒铸件为灰铸铁材质。沉没辊筒铸件是钢板热浸镀铝铝锅中使用的重要消耗部件。该装置作为热浸镀铝工艺中的关键功能部件，需要在高温铝液中连续运行，其抗铝液腐蚀的性能及力学性能会影响到辊筒的使用寿命，因此,研究合成灰铸铁生产沉没辊筒铸件代替进口意义重大。

耐铝液腐蚀的材料的研发一直是工业领域的研究热点^[2]，国内外学者对此已有许多研究。Balloy^[3]等学者研究了低合金钢、铁素体铸铁和珠光体铸铁在铝液中的腐蚀机理,认为Al在低合金钢中扩散深度最大，除形成Fe₂Al₅和FeAl₃外，还有FeAl₂形成。随着Al含量逐渐增加直至饱和，在珠光体铸铁中，基体和Fe₂Al₅间形成富含Al，Si薄层，也有效地阻止了元素扩散。Choi^[4]等学者添加微量的Ti的组织，使Al形成更致密的网络结构以及树突接口，大大提高了合金的耐铝液腐蚀能力。Lou^[5]等学者研究表明，双相22Cr-5Ni不锈钢的耐铝液腐蚀性要明显优于H13模具钢和球铁。日本三菱汽车公司以该公司生产的柴油机缸盖为对象，通过添加合金元素和稀土孕育的方法研究了灰铸铁高强度化的可能性，取得了良好的耐铝液腐蚀结果^[6]。Ren^[7]等学者研究表明加入适量的Co，Cr等元素会提高铸铁的耐腐蚀性.Fujisawa^[8]等学者提出在被腐蚀的粗糙的铸铁件表面进行处理得到优秀的抗铝液腐蚀能力；Peat^[9]等学者亦通过实验得到抗腐蚀能力强的动力学喷雾来加强铸件表面的抗腐蚀性能。Liu Peng Yang^[10]等学者探究出硫磺气体通过冷凝技术对铝合金抗腐蚀能力的加强。由于灰铸铁中石墨的良好的耐铝液腐蚀性能及低成本，使其成为了沉没辊筒铸件的良好的材质选择。

众所周知，我国灰铸铁占世界灰铸铁铸件总量的32.7%，是美国，俄罗斯，日本，德国，英国的总和^[11]。灰铸铁的性能主要取决于石墨和基体组织。长期以来，对铸铁的凝固过程、孕育处理和合金元素对灰铸铁组织和性能的影响已进行了大量的、系统的研究^[12]。灰铸铁中石墨的作用有二重性，有使力学性能降低的一面，但又能赋予铸铁具有若干优良性能的一方面^[13]。一般的灰铸铁主要采用普通铸造生铁制备，S，P含量高，会影响材料的力学性能，难以满足沉没辊筒铸件的性能要求。如前所述，灰铸铁中若石墨粗大，石墨多及碳含量高，将具有良好的耐铝液腐蚀性能^[14]。但是，对于传统的灰铸铁而言，其强度、硬度将会大幅下降。若主要采用废钢增碳技术制备合成灰铸铁，其S，P含量较低，可以提高力学性能^[15]。因此，利用废钢制备耐铝液腐蚀能力强且力学性能也较佳的灰铸铁材质对于制备沉没辊筒铸件是十分必要的。

本课题主要研究开发适用沉没辊筒铸件的合成灰铸铁新材质以代替购买成本较高的进口铸件。其重点在于采用废钢增碳工艺等技术制备合成灰铁，目的是通过成分设计、铁液熔炼和处理工艺等获得满足材质要求的组织与性能，为打破国外产品的垄断，实现我国铝液中的重要消耗部件的技术创新奠定一定的基础。同时，大量废钢的回收使用将利于实现降耗、环保、低成本，并提高企业的经济效益与竞争力。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：废钢，高纯生铁，选定合金元素、增碳剂，确定相关工艺，以中频炉熔制合金并浇筑试棒。部分试棒进行热处理。

材料表征：使用万能材料试验机对铸态、热处理态合成灰铸铁进行力学性能测试，通过金相显微镜、硬度测试仪、光谱分析仪、电子探针等仪器对其组织及性能进行综合测试分析。

2.2研究目标

1、掌握以高纯生铁、废钢等为炉料的合成灰铸铁制备方法；

2、采用组织分析与性能表征技术，分析合成灰铸铁的化学成分、微观组织以及力学性能；