管道带压开孔知识之铸铁管道

铸铁是含碳量大于2.11%（一般为2.4%～4.0%）的铁碳合金，除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。普通铸铁以铁、碳、硅为主，有时还加入其它合金元素，以便获得具有特种性能的铸铁。

带压开孔施工时铸铁管道材主要是因其具有成本低、耐腐蚀、耐磨性等特点。此外，铸铁的碳含量高，其成分接近于共晶成分，因此铸铁的熔点低，约为1200摄氏度左右，铁水流动性好，由于石墨结晶时体积膨胀，所以传送收缩率小，其铸造性能继续优于钢，因而通常采用铸造方法制成管材使用，故称之为铸铁。

对铸铁管道带压开孔时，操作人员能够通过手感明确感觉到铸铁管道材料比普通钢管道要硬，耐磨性也高，同时也能感觉到带压开孔时铸铁管道要比钢管道稍脆一些，而且不粘刀。因此，铸铁管道具有强度高，但脆性较大。

铸铁是一种历史悠久的重要工程材料，直至现在仍是工程上最常用的金属材料，在现代的管道铺设工程中如没有特殊需求，铸铁管的使用量约占30%以上。

1.碳的存在形式和形态

铸铁管道中铸铁的使用价值与铸铁中碳的存在形式有着密切关系。在铸铁中，碳有两种主要存在形式，即化合态的渗碳体和游离态的石墨（石墨常用符号G表示），其中具有使用价值的铸铁中的碳主要是以石墨形式存在，所以铸铁的组织是由金属基体和石墨组成的。铸铁的金属基体有铁素体、珠光体及铁素体+珠光体三类，相当于钢的组织，因此铸铁的组织特点，可以看成是在钢的基体上分布着不同形状的石墨。

石墨为简单六方晶格，如上图所示，基面中的原子间距为1.42Å（1 Å =0.1nm），两基面之间的间距为3.40 Å，面间原子的结合力远低于基面中原子间的结合力，所以石墨的硬度、强度、塑性、韧性都很低，延伸率接近于零。

铸铁中石墨的形成过程称作石墨化，影响因素很多，主要是铸铁的化学成分和冷却速度。碳和硅是促进石墨化的元素，随碳、硅含量的增加（C、Si含量之比约为3∶1），铸铁石墨化的程度提高。当成分相同时，铸铁的冷却速度越缓慢，越有利于石墨化的进行。

在石墨化过程中，采用不同的工艺可使石墨的形态有所不同。通常，石墨的形态有片状、团絮状、球状三种。

2.铸铁管道的性能特点

铸铁管道的性能取决于铸铁的成分和组织，即取决于铸铁中基体组织和石墨的数量、形态、大小及分布。在带压开孔工程施工中，铸铁管材中石墨的存在使铸铁的性能不如钢，其抗拉强度、塑性、韧性都比钢管材料低，但对其硬度和抗压强度影响不大，与相同基体组织的钢相近。由于铸铁的塑性很差，所以不能承受锻压加工。但也由于石墨的存在，使铸铁管具有许多钢管所不及的性能：

2.1优良的铸造性，可适当降低成本

铸铁管中的含碳量高（2.4%～4.0%），成分接近共晶成分，熔点比钢低得多，结晶温度范围小，故表现出优良的流动性和小的凝固收缩性；

2.2良好的切削加工性

由于石墨的存在，使铸铁在带压开孔时，带压开孔刀进行切削加工时易于断屑，而且石墨本身的润滑作用也减轻了刀具的磨损。

2.3优良的耐磨性与减震性

由于石墨的存在有利于润滑和储油，再通过对其基体组织的改善，从面使铸铁具有优良的耐磨性。石墨（特别是片状石墨）能将机械能迅速地吸收并转化为热能释放出来，故铸铁表现出优良的减震能力（通常比钢大10倍）。

参考文献：

1.GB/T699-1999《优质碳素结构钢技术条件》

2. 蒋廉华, 吴艳盛, 刘中平,等. 金属材料可焊性与管道材质选择[J]. 电力机车与城轨车辆, 2004, 027(003):30-31,57.

3. 张培洲. 冶炼化工设备常用金属材料腐蚀原因与预防措施[J]. 中国化工贸易, 2019, 11(011):197.