一種高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料及其制造方法
【專利摘要】一種高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料及其制造方法，它屬于一種鑄鐵材料及其制造方法。它主要是解決現(xiàn)有的鑄鐵材料成本較高、耐磨性差、適用性較差、硬度不足、工件沖擊負(fù)荷較小等技術(shù)問(wèn)題。其技術(shù)方案要點(diǎn)是：原材料重量百分比為：3.60wt%～4.20wt%的C、22.0wt%～26.0wt%的Cr、0.80wt%～1.20wt%的Si、0.60wt%～1.00wt%的、Mn;0.50wt%～0.70wt%的Mo、0.20wt%～0.30wt%的V、0.10wt%～0.20wt%的Ti、0.10wt%～0.20wt%的B、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。它主要是用于鑄鐵材料的生產(chǎn)及生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制。
【專利說(shuō)明】一種高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鑄鐵材料及其制造方法，特別是一種高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，高鉻鑄鐵自問(wèn)世以來(lái)，一直被認(rèn)為是一種比較理想的耐磨材料，在冶金、礦
山、建材、電力、交通、機(jī)械等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在大型破碎機(jī)磨環(huán)、錘頭、拋丸機(jī)葉片，以及
高溫環(huán)境中的耐磨鑄件如軋輥、高爐料鐘、高爐襯板等也有廣泛應(yīng)用，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效.、 益。
[0003]高鉻鑄鐵中的M7C3型碳化物的硬度很高1200-1800HV，這種碳化物呈孤立的六角形桿狀或片狀分布在基體中，因連續(xù)程度降低，使碳化物對(duì)基體的破壞作用大為減小，所以高鉻鑄鐵較其它白口鑄鐵的韌性有所改善。高鉻鑄鐵中的碳化物數(shù)量的增加能提高材料的磨損抗力，但這種過(guò)共晶高鉻鑄鐵由于含有較多的初生的碳化物，雖具有更高的的硬度和更好的耐磨性，然而，初生碳化物的脆性也更大，過(guò)共晶高鉻鑄鐵在鑄造和熱處理過(guò)程極易開(kāi)裂，導(dǎo)致鑄件廢品率高，無(wú)法在生產(chǎn)和實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。因而，目前廣泛應(yīng)用的高鉻鑄鐵的碳當(dāng)量都沒(méi)有超過(guò)共晶點(diǎn)的上限，如我國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)中的KmTBCr26、KmTBCr15Mo及KmTBCr 12 等。
[0004]過(guò)共晶高鑄鐵一般采用中間合金對(duì)鐵液進(jìn)行變質(zhì)處理，使碳化物細(xì)化，提高鑄件韌性。專利號(hào)CN100453674C公示的“一種低成本高耐磨性的過(guò)共晶鑄鐵及其制造”，就采用中間合金+鉀鹽+稀土鎂包內(nèi)孕育，同時(shí)又用合金粉隨流孕育，雖然可以得較比較理想的高鉻鑄鐵，但批量生產(chǎn)因中間合金需要定制，而這些合金粉隨流孕育時(shí)的反應(yīng)強(qiáng)烈，對(duì)操作人員危害性較大，難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種材料經(jīng)濟(jì)、耐磨性高、適用于制造渣漿泵、物料輸送彎管等過(guò)流件、在腐蝕磨損中其耐腐性和高磨性更有良好的結(jié)合、其硬度及耐磨性優(yōu)于常規(guī)高鉻鑄鐵、有較大沖擊負(fù)荷的葉片、襯板等工件的高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料及其制造方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:它包括C、Cr、S1、Mn、Mo、V、T1、B、Fe,原材料重量百分比為:3.60wt% ~4.20wt% 的 C，22.0wt% ~26.0wt% 的 Cr，0.80wt% ~
1.20wt% 的 Si, 0.60wt% ~1.00wt% 的 Mn, 0.50wt% ~0.70wt% 的 Mo, 0.20wt% ~0.30wt% 的V,0.10wt%~0.20wt%的Ti,0.10wt%~0.20wt%的B，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]本發(fā)明制備方法分為鑄造工序和熱處理工序，將原材料配比、熔化，按比例稱取鈦鐵、硼鐵備用，將鐵液溫度提升到1400-1450°C，加入鐵液的0.20%-0.30%復(fù)合脫氧劑進(jìn)行預(yù)脫氧，再加入0.30%-0.40%的純鋁線進(jìn)行終脫氧，打凈爐渣，再加入鈦鐵、硼鐵，熔清爐渣出鐵液，出鐵液前在澆包內(nèi)加入0.20%-0.30%的稀土鎂，沖入鐵液進(jìn)行變質(zhì)處理，待稀土鎂反應(yīng)完全后即可澆注。[0008]本發(fā)明所述T1、B在脫氧后加入。
[0009]本發(fā)明所述復(fù)合脫氧劑采用鋁、硅、鈣、鋇復(fù)合商品制劑。
[0010]本發(fā)明將鑄造成型的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至1000°C~1050°C進(jìn)行軟化退火，將經(jīng)過(guò)軟化退火處理的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至1050°C~1150°C進(jìn)行淬火，將經(jīng)過(guò)淬火處理的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至450°C~550°C進(jìn)行回火。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:采用C3.1-3.4%Cr28-32配比，不添加Cu和Ni等貴重合金，較少添加Mo，成本與普通KMTBCr26相當(dāng)，同時(shí)此成分配比在生產(chǎn)中較為容易把握，熔煉質(zhì)量控制簡(jiǎn)單；采用稀土合金包內(nèi)變質(zhì)，顯著降低了產(chǎn)品的晶粒度；優(yōu)化的成分配比，使改合金的耐磨性能是普通KMTBCr26的4_6倍；硬度為HRc60_65，沖擊功(aKn)為≥3J ;用簡(jiǎn)單的合金添加和工藝優(yōu)化降低了 批量生產(chǎn)的難度，該發(fā)明直接可以應(yīng)用于生產(chǎn)并利于生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0013]實(shí)施例1，本發(fā)明包括C、Cr、S1、Mn、Mo、V、T1、B、Fe，原材料重量百分比為:
3.60wt%~4.20wt%的C、22.0wt%~26.0wt%的Cr，碳和鉻是高鉻鑄鐵中的兩種最重要的合金元素。高鉻鑄鐵的耐磨性是由碳化物的數(shù)量決定的，而碳和鉻的含量則直接決定碳化物料的數(shù)量，其體積分?jǐn)?shù)可通過(guò)下式估算:Φ碳化物％=12.33wC+0.55wCr-15.2提高碳含量可以增加碳化物的數(shù)量，但會(huì)提高高鉻鑄鐵的共晶點(diǎn)，共晶點(diǎn)碳含量【含量分?jǐn)?shù)，wCE],共晶碳含量隨鉻含量的變化變化，具體計(jì)算可參考下式:wCE=4.40-0.054wCr鉻碳比質(zhì)量比還影響鑄件中的M7C3型碳化物與總碳化物的相對(duì)數(shù)量。在鉻碳比大于5時(shí)，能獲得大部分M7C3型碳化物，同時(shí)淬透性也好，鉻碳比越高淬透性越好，鉻對(duì)高鉻鑄鐵高溫抗氧化性有強(qiáng)烈的影響，隨鉻含量的提高則氧化損失降低，即抗氧化性提高，常規(guī)高鉻鑄鐵中的C含量為
2.00wt%~3.30wt%, Cr含量為11.0wt%~30.0wt%,鉻碳比為4-8，成分設(shè)計(jì)時(shí)一般均采用亞共晶碳含量，為提高高鉻鑄鐵的碳化物數(shù)量和硬度，提高其抗氧化性，保證其淬透性，因此，本發(fā)明提供的高鉻白口抗磨鑄鐵為過(guò)共晶成分設(shè)計(jì)，鉻碳比為8-10，其中的C含量為
3.10wt% ~3.50wt%, Cr 含量為 28.0wt% ~32.0wt% ；0.80wt% ~1.20wt% 的 Si, Si 與氧的新和力大于猛和絡(luò)，是脫氧所需兀素，并能提聞聞絡(luò)鑄鐵的Ms點(diǎn)、減少殘留奧氏體，但Si的含量過(guò)多會(huì)造成高鉻鑄鐵的淬透性降低，常規(guī)高鉻鑄鐵的中Si的含量為< 1.20wt%，本發(fā)明提供的高鉻白口抗磨鑄鐵中Si的優(yōu)選含量為0.80wt%~1.20wt% ；0.60wt%~1.00wt%的Mn，Mn能擴(kuò)大、相區(qū)，提高淬透性，但錳劇烈降低Ms點(diǎn)，會(huì)使高鉻鑄鐵淬火后殘留較多的奧氏體，常規(guī)高鉻鑄中的Mn含量為< 1.20wt%，本發(fā)明提供的高鉻白口抗磨鑄鐵中Mn的優(yōu)選含量為0.60wt%~1.00wt% ；0.50wt%~0.70wt%的Mo，Mo可以提高淬透性，對(duì)馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度Ms影響不大，并可控制減少熱裂敏感性，常規(guī)高鉻鑄鐵中的Mo含量為<3.00wt%,根據(jù)鑄鐵的壁厚進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，本發(fā)明提供的高鉻白口抗磨鑄鐵的鉻碳比達(dá)8-10，因此，Mo的優(yōu)選含量為0.50wt%~0.70wt%,以降低生產(chǎn)成本；0.20wt%~0.30wt%的V，根據(jù)試驗(yàn)，V能促使碳化物球化，結(jié)合熔煉時(shí)加入稀土鎂效果更佳，同時(shí)因VC或V4C3的形成促使初生碳化物細(xì)化和減少，改善了高鉻鑄鐵的鑄造和熱處理性能，進(jìn)而提高了工件的沖擊韌度，但過(guò)量的釩在澆注和鑄件冷卻過(guò)程中會(huì)與鑄型反應(yīng)，產(chǎn)生針氣孔，因此，本發(fā)明提供的高鉻白口抗磨鑄鐵中V的含量為0.20wt%~0.30wt% ；0.10wt%~0.20wt%的Ti，根據(jù)試驗(yàn)，Ti是強(qiáng)碳化物形成元素，并且TiC具有較高的形成溫度熔點(diǎn)為3160°C，鑄件凝固時(shí)初生碳化物會(huì)依附于TiC上生長(zhǎng)，細(xì)化初生碳化物，改善鑄造和熱處理性能，提高工件的韌度，但過(guò)量的Ti使鐵液質(zhì)量惡化，形成大量的氧化渣，在澆注過(guò)程中依附于鑄型表面、或包裹于鑄件中，影響工件的耐磨性和沖擊韌度，嚴(yán)重的降低鑄件的合格率，因此，本發(fā)明提供的高鉻白口抗磨鑄鐵中Ti的含量為0.10wt%~0.20wt% ；0.10wt%~0.20wt%的B,根據(jù)試驗(yàn)，B能有效提高高鉻鑄鐵的硬度，并能產(chǎn)生硬度較高的化合物，從而提高高鉻鑄鐵的耐磨性，但過(guò)高的硼易使高鉻鑄鐵產(chǎn)生網(wǎng)狀組織，降低沖擊韌度，因此，本發(fā)明提供的高鉻白口抗磨鑄鐵中B的含量為0.10wt%~0.20wt% ;余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，所述不可避免的雜質(zhì)具體例子為P、S，所述P含量?jī)?yōu)選小于0.060wt%、所述S含量?jī)?yōu)選小于0.060wt%。
[0014]實(shí)施例2，本發(fā)明制備方法分為鑄造工序和熱處理工序，將原材料配比、熔化，按比例稱取鈦鐵、硼鐵備用，熔煉前加少量廢鋼，待廢鋼熔化后加入鉻鐵、鑰鐵，將鐵液溫度提升到1400-1450°C，加入鐵液的0.20%-0.30%復(fù)合脫氧劑進(jìn)行預(yù)脫氧，再加入0.30%-0.40%的純鋁線進(jìn)行終脫氧，打凈爐渣，約達(dá)爐容的70-80%時(shí)熔清取樣化驗(yàn)，成分調(diào)整達(dá)到要求后測(cè)溫，出鋼溫度1480± 15°C，按要求調(diào)整各化學(xué)元素含量，再加入鈦鐵、硼鐵，熔清爐渣出鐵液，出鐵液前在澆包內(nèi)加入0.20%-0.30%的稀土鎂，沖入鐵液進(jìn)行變質(zhì)處理，用渣棍對(duì)未完全反應(yīng)的變質(zhì)劑進(jìn)行攪拌，待稀土鎂反應(yīng)完全后即可澆注。其余同實(shí)施例1。
[0015]實(shí)施例3，本發(fā)明所述T1、B在脫氧后加入。其余同上述實(shí)施例。
[0016]實(shí)施例4，本發(fā)明所述復(fù)合脫氧劑采用鋁、硅、鈣、鋇復(fù)合商品制劑。其余同上述實(shí)施例。
[0017]實(shí)施例5，本發(fā)明將鑄造成型的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至1000°C~1050°C進(jìn)行軟化退火，1000-1050°C保溫3小時(shí)，隨爐冷卻到550°C后出爐空冷；將經(jīng)過(guò)軟化退火處理的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至1050°C~1150°C進(jìn)行淬火，1100°C保溫3小時(shí)，出爐風(fēng)冷，必須用鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻，否則硬度無(wú)法達(dá)到，會(huì)影響耐磨性；將經(jīng)過(guò)淬火處理的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至450°C~550°C進(jìn)行回火，520°C保溫3小時(shí)后出爐空冷。其余同上述實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料，其特征是:它包括C、Cr、S1、Mn、Mo、V、T1、B、Fe,原材料重量百分比為:3.60wt% ~4.20wt% 的 C，22.0wt% ~26.0wt% 的 Cr，0.80wt% ~1.20wt% 的 Si, 0.60wt% ~1.00wt% 的 Mn, 0.50wt% ~0.70wt% 的 Mo, 0.20wt% ~0.30wt% 的V,0.10wt%~0.20wt%的Ti,0.10wt%~0.20wt%的B，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料，其特征是:所述T1、B在脫氧后加入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料，其特征是:將鑄造成型的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至1000°c~1050°C進(jìn)行軟化退火，將經(jīng)過(guò)軟化退火處理的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫 至1050°C~1150°C進(jìn)行淬火，將經(jīng)過(guò)淬火處理的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至450°C~550°C進(jìn)行回火。
4.一種高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料的制造方法，其特征是:制備方法分為鑄造工序和熱處理工序，將原材料配比、熔化，按比例稱取鈦鐵、硼鐵備用，將鐵液溫度提升到1400-14500C，加入鐵液的0.20%-0.30%復(fù)合脫氧劑進(jìn)行預(yù)脫氧，再加入0.30%-0.40%的純鋁線進(jìn)行終脫氧，打凈爐渣，再加入鈦鐵、硼鐵，熔清爐渣出鐵液，出鐵液前在澆包內(nèi)加入0.20%-0.30%的稀土鎂，沖入鐵液進(jìn)行變質(zhì)處理，待稀土鎂反應(yīng)完全后即可澆注。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料的制造方法，其特征是:所述復(fù)合脫氧劑采用鋁、硅、鈣、鋇復(fù)合商品制劑。
【文檔編號(hào)】C22C37/10GK103966498SQ201410137746
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】李德海, 劉樹(shù)良 申請(qǐng)人:湖南力神新材料科技有限公司