專利名稱：一種高硫減摩耐磨鑄鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種高硫減摩耐磨鑄鋼及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
高硫減摩耐磨鑄鋼屬于鑄鋼中的一個新品種，它只能用鑄造方法成形，如細分，高硫減摩耐磨鑄鋼應(yīng)屬于耐磨鑄鋼。高硫減摩耐磨鑄鋼區(qū)別于一般耐磨鑄鋼的特點在于它不是靠本身的高硬度(HRC＞60)提高其耐磨性，而是利用其中存在的大量硫化物的自潤滑作用，提高其減摩性從而提高其耐磨性。高硫減摩耐磨鑄鋼的這一特點可以使其在較高溫度不易加入和保持潤滑劑的情況下，靠其中大量硫化物的自潤滑作用，仍能保持較高的減摩性和耐磨性，可保證在不易加入和保持潤滑劑的較高溫度(250～550℃)下有效地工作。有些減摩耐磨零件在550～700℃使用，需用合金化方法提高其基體高溫硬度和強度以及抗氧化性，按耐熱鋼要求合金化的高硫減摩耐磨鑄鋼，在550～700℃具有較高的減摩性、耐磨性與高溫硬度和強度的良好配合，可以保證在550～700℃溫度范圍內(nèi)有足夠的使用壽命。
高硫減摩耐磨鑄鋼的研究和生產(chǎn)目前尚處于未公開階段，至今尚未在國內(nèi)有關(guān)學(xué)術(shù)刊物上見到這方面的報道，為了建立全新的高硫減摩耐磨鑄鋼品種，必須通過大量的基礎(chǔ)理論研究解決以下幾個技術(shù)問題(1)哪些合金元素可用于高硫鑄鋼，它們與硫的相互作用如何，可用元素的適宜含量是多少；(2)硫含量最高可達到多少；(3)起自潤滑作用的硫化物在高硫鑄鋼中是哪些硫化物；(4)如何改善高硫鑄鋼中的硫化物形態(tài)(形狀、尺寸)和分布，減小其對力學(xué)性能的有害作用；(5)什么樣的基體組織最適宜，如何獲得適宜組織；(6)鑄造方法對硫化物形態(tài)和基體組織的影響如何，一個成分配方能否應(yīng)用于所有的鑄造方法；(7)如何通過改善硫化物形態(tài)和控制基體組織將良好的減摩耐磨性與力學(xué)性能和耐熱性有機地結(jié)合起來，建立全新的高硫減摩耐磨鑄鋼體系。下面就這七個重要理論和技術(shù)問題說明我們研究和開發(fā)高硫減摩耐磨鑄鋼的成果及發(fā)明點。
考慮到合金元素與硫的相互作用和鋼中需要加入和保留大量的硫，不是所有合金元素都可應(yīng)用于高硫合金鋼。只有與大量硫能同時加入1600℃鋼液中的合金元素才能加入高硫合金鋼中作為合金元素。根據(jù)陳家祥教授編著的《煉鋼常用圖表手冊》(冶金工業(yè)出版社，1984年出版)498頁的圖3可以看出①有些鋼中常用的稀土元素Ce和La，由于它們形成硫化物的能力(脫硫能力)非常強，在它們的含量為0.1％時，鋼液中的硫含量小于0.1％，這樣的稀土元素絕不能應(yīng)用于高硫合金鋼；②一般鋼中最常用的錳和某些鋼中常用的Ti和Zr，由于形成硫化物的能力也很強，也顯著地降低硫在鋼液中的溶解度(如鋼液中的Mn為1％時，溶入鋼液中的硫含量也只有1％)，也是高硫合金鋼中不能使用的合金元素；③一般鋼中常用的合金元素中只有形成硫化物能力比鐵稍強的合金元素Cr、Al、V、Nb等和鋼中非硫化物形成元素Si、Ni、Cu、Co等以及形成硫化物能力與鐵相當(dāng)?shù)腗o和W等可以適量地加入。另外，僅僅在極特殊的情況下可以加入少量B和P。形成硫化物的元素Cr、Al、V、Nb參與硫化物的形成，而Mo和W及非硫化物形成元素Si、Ni、Co一般不溶入硫化物(Mo和W在硫化物中的含量幾乎與在鋼中含量相同)，主要溶入基體使其強化。文獻數(shù)據(jù)和我們的研究結(jié)果都揭示一個科學(xué)事實一般鋼中最常用的Mn，幾乎所有鋼中都作為有益常存雜質(zhì)而必須有的含量(0.3～0.8％Mn)，在高硫減摩耐磨鑄鋼中都是有害的，不能允許的。在上述12個元素中，Cr、Al、Si和Mo是必用的合金元素；W、V、Nb、Ni、Co、Cu、B、P等是在高硫減摩耐磨鑄鋼的某些鋼號中可以分別使用的元素。
高硫合金鋼中的硫含量上限是多少，是高硫減摩耐磨鑄鋼研究、開發(fā)和成分設(shè)計時必須重點研究和確定的問題。我們在高硫減摩耐磨鑄鋼的科學(xué)研究和鋼號開發(fā)的成分設(shè)計時是依以下三條原則來確定最高硫含量的①為了有效地最大限度地發(fā)揮硫化物自潤滑作用提高高硫減摩耐磨鑄鋼的減摩性，硫含量和硫化物量需要多少；②在所采用的各合金元素含量條件下，硫在1600℃鋼液中能溶入多少；③在保證最低力學(xué)性能要求的情況下，硫含量和硫化物量最多能容許多少。根據(jù)楊守禮教授發(fā)表在《鋼鐵》(1994，№8，55～59頁)上的“復(fù)合減摩材料及其應(yīng)用研究”一文中的圖1和圖2，作為固體潤滑劑的硫化物量由3％增加到10％，顯著地降低摩擦系數(shù)和磨損率，再繼續(xù)提高其數(shù)量，作用減小，在約15％時作用趨于飽和。形成15％硫化物時的硫含量為5.4％。在常用合金元素的常用含量(C＜1％，Cr，Al，Si，Nb＜5％)的情況下，硫在1600℃鋼液中的溶解度只有6％。硫含量超過5.4％，提高高硫合金鋼減摩性和耐磨性的有益作用已明顯減弱，而其降低鋼的強韌性的有害作用卻明顯增加。因此，高硫減摩耐磨鑄鋼中的最高硫含量定為5.5～6.0％是適宜的。我們的研究結(jié)果證明了這一點。
在高硫減摩耐磨鑄鋼中起自潤滑作用的硫化物究竟是哪些硫化物，也是高硫減摩耐磨鑄鋼的研究和開發(fā)中必須要解決的問題，它涉及到正確的合理的合金化。在粉末冶金鐵基減摩材料中常用粉末冶金生產(chǎn)方法加入MoS2或WS2作固體潤滑劑，它們具有六方結(jié)構(gòu)(層狀結(jié)構(gòu))，軸比c/a值最大，自潤滑作用和減摩作用最好。但在高硫合金鋼中，在采用冶煉和鑄造方法生產(chǎn)時能否形成MoS2和WS2作固體自潤滑劑，是我們進行科學(xué)研究時必須要解決的問題。從陳家祥教授編著的《煉鋼常用圖表數(shù)據(jù)手冊》(冶金工業(yè)出版社出版，1984年)265頁的圖4-78可以看出在Fe-C-S-Mo或Fe-C-S-W系中，硫化物中的Mo含量只比鋼中的Mo含量略高(如鋼中含3％Mo，硫化物中含3.6％Mo)，而硫化物中的鎢含量與鋼中鎢含量幾乎相同。這意味著Mo和W只能溶入FeS中形成以FeS為基的硫化物固溶體，它們的分子式分別為(Fe，Mo)S和(Fe，W)S，絕不可能形成MoS2或WS2。在否定在高硫減摩耐磨鑄鋼中可用MoS2和WS2作固體自潤滑劑之后，首先面臨的問題是如何找到可作為固體自潤滑劑的硫化物。在高硫合金鑄鋼中可形成作為固體自潤滑劑的區(qū)別于FeS的硫化物的合金元素必須同時具備以下條件(1)形成硫化物能力比鐵強；(2)所形成的硫化物具有六方結(jié)構(gòu)(層狀結(jié)構(gòu))；(3)不顯著降低硫在鋼液中的溶解度。在一般鋼中常用的大量合金元素中同時滿足以上三點要求的合金元素只有Cr、V和Al，它們的硫化物分別為CrS(Cr3S4)、VS和Al2S3。我們利用掃描電子顯微鏡能譜儀電子束對各種形狀和尺寸的硫化物顆?；瘜W(xué)成分分析結(jié)果表明在Cr＜3％、Al＜1％和V＜1％的高硫減摩耐磨鑄鋼中的硫化物都是以FeS為基的含有Cr、Al、V的硫化物固溶體，可稱之為以FeS為基的多元硫化物，其分子式為(Fe、Cr、Al，V)S；Cr＞3％、Al＞1％和V＞1％的高硫減摩耐磨鑄鋼中發(fā)現(xiàn)有以CrS、Al2S3和VS為基的多元硫化物，它們往往與以FeS為基的多元硫化物共存。
如何改善高硫減摩耐磨鑄鋼中的硫化物形態(tài)(形狀和尺寸)和分布的均勻性，減小其對力學(xué)性能的有害作用，充分利用其對減摩耐磨性的有益作用，是高硫減摩耐磨鑄鋼研究和開發(fā)中的重要課題，是我們始終關(guān)注的問題。在高硫減摩耐磨鑄鋼研究初期發(fā)現(xiàn)在用一般鋁量脫氧的高硫減摩耐磨鑄鋼中普遍存在著大量的典型硫化物共晶體，也存在相當(dāng)多的各種形狀的尺寸較大的孤立的硫化物顆粒，造成硫化物顆粒尺寸的不均一性和分布的不均勻性(見附圖1)，也在近共析成分的亞共析高硫鑄鋼中發(fā)現(xiàn)在細小的共晶硫化物顆粒周圍形成先共析鐵素體環(huán)(立體是殼)，又引起基體組織的不均勻性(見附圖2)。
經(jīng)過反復(fù)試驗研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cr＞0.95％，Si＞0.5％，Al＞0.7％時可以完全消除高硫減摩耐磨鑄鋼中的典型硫化物共晶體(見附圖3)，從而增加硫化物顆粒尺寸的均一性和分布的均勻性。
硫化物顆粒的球形化可減小其對基體連續(xù)性的破壞和應(yīng)力集中，從而減小其對力學(xué)性能的危害性，應(yīng)盡量促進硫化物顆粒的球形化。利用掃描電子顯微鏡能譜儀對不同形狀和尺寸的硫化物顆粒的化學(xué)成分進行大量測試時發(fā)現(xiàn)①富Cr的以FeS為基的多元硫化物顆粒形狀大都接近球形或橢圓形；②以MnS為基的多元硫化物或富Mn的以FeS為基的多元硫化物多半為條狀或不規(guī)則形狀；③同氧化物結(jié)合在一起的硫化物·氧化物不僅粗大，且具有不規(guī)則的形狀。據(jù)此我們發(fā)明了一種用加Cr(＞0.95％)、去除Mn(＜0.2％)，充分脫氧，避免澆注過程中二次氧化的技術(shù)促進多元硫化物顆粒球形化和增加球形化率的方法。
在高硫減摩耐磨鑄鋼中硫化物形態(tài)、數(shù)量和分布對其減摩耐磨性和力學(xué)性能有重大影響(如上所述)，其基體(除硫化物以外的組織組成部分)組織類型和參量對高硫減摩耐磨鑄鋼的耐磨性和力學(xué)性能以及耐熱性都有很大影響，也是高硫減摩耐磨鑄鋼研究和開發(fā)中所要解決的問題。參考大量文獻通過實驗研究確定①在適合于在550℃以下使用的高硫減摩耐磨鑄鋼中最佳基體組織是細片狀珠光體(或加少量二次滲碳體或加少量先共析鐵素體)，可在鑄態(tài)下或正火后得到；②在適合于500～700℃使用的高硫減摩耐磨鑄鋼中最佳組織是回火索氏體(或屈氏體)加未溶碳化物，利用了Mo、W阻礙原子擴散和Mo、W、V、Cr的合金碳化物不易粗化的特點提高其耐熱性，可在高溫淬火和高溫回火后得到。
我們在高硫減摩耐磨鑄鋼的研究和開發(fā)中充分注意到鑄造和鑄造方法對高硫減摩耐磨鑄鋼基體組織和硫化物顆粒尺寸的影響，并研究出適合于砂型鑄造、熔模鑄造和鋼模鑄造的高硫減摩耐磨鑄鋼的成分配方，其特點是由砂型→熔?！撃ｈT造時高硫減摩耐磨鑄鋼合金化程度相應(yīng)地減小。
在高硫減摩耐磨鑄鋼的研究和開發(fā)中我們定義和測定了硫化物形成元素在基體和硫化物中的分配率，發(fā)現(xiàn)合金元素在高硫減摩耐磨鑄鋼基體和硫化物中的分配率與其形成硫化物能力和鑄造方法有關(guān)，為正確確定硫化物形成元素的含量提供了科學(xué)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高硫減摩耐磨鑄鋼及其生產(chǎn)方法，通過正確的綜合合金化使硫化物形態(tài)的改善和高硫減摩耐磨鑄鋼基體組織接近最佳化相結(jié)合，使良好的減摩性和耐磨性與滿足要求的力學(xué)性能和耐熱性有機地結(jié)合起來，建立全新的高硫減摩耐磨鑄鋼。
在確定高硫減摩耐磨鑄鋼中硫化物形成元素含量時必須考慮它們在基體中和硫化物中的分配率。
本發(fā)明以S、Cr、Al、Si、Mo、W、Ni、V、Cu、P等10種元素中的4～7種元素綜合合金化的多元硫化物自潤滑的高硫減摩耐磨鑄鋼以S、Cr、Al、Si或S、Cr、Al、Si、Mo綜合合金化的適合于在550℃以下使用的高硫減摩耐磨鑄鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分數(shù))為C0.25～2.3％，S1.3～6.3％，Cr0.95～4.5％，Al0.7～1.6％，Mo0.1～1.6％，Si0.5～1.5％，余量為鐵。一般在鑄態(tài)下使用，也可經(jīng)過正火或欠速淬火。適合于在550～700℃使用的高硫減摩耐磨鑄鋼中各元素的波動范圍為C0.25～2.3％，S1.2～6.2，Cr1.0～7.0％，Al0.7～1.6％，Si0.5～1.5％，Mo0.2～2.6％，W0.6～1.6％，Ni0.8～1.8％，V0.6～1.4％，Cu0.2～1.0％，P0.03～1.2％，余量為鐵。一般在高溫淬火和高溫回火后使用。
本發(fā)明中稱為綜合合金化的原因在于選擇合金元素時同時考慮它們所形成的硫化物類型和自潤滑作用、它們改善硫化物形態(tài)和分布的有益作用，它們提高基體硬度、強度和耐熱性的有益作用，一種元素至少要起一種有益作用，但整個合金化系統(tǒng)必須保證以上三方面的有益作用和保證鋼中能溶入所需的硫含量。
高硫減摩耐磨鑄鋼的生產(chǎn)方法包括配料備料、冶煉和鑄造三個主要環(huán)節(jié)，其特征在于將廢鋼(或工業(yè)純鐵)、鉬鐵和鎢鐵等難熔且不易氧化的合金料加入中頻感應(yīng)爐中加熱熔化，溫度達到1620～1680℃時爐前定碳并用廢電極碎塊補碳，同時加入硅鐵、鉻鐵和釩鐵等脫氧和合金化，待全部熔化后再加硫鐵(或硫鐵礦砂)，最后加鋁塊或鋁條(最終脫氧與合金化)，全部熔化且使成分均勻化后澆注，澆注溫度為1500～1600℃，可采用砂型、熔模和鋼模鑄造(鋼的合金化程度應(yīng)與鑄造方法相適應(yīng))。
適合于在550℃以下使用的高硫減摩耐磨鑄鋼一般在鑄態(tài)下使用，也可進行消除內(nèi)應(yīng)力退火或正火、欠速淬火(應(yīng)有與其適應(yīng)的成分配方)；或鑄造后在500～620℃高溫回火。
適合于在550～700℃使用的高硫減摩耐磨鑄鋼的熱處理是加熱到900～1120℃保溫后空冷淬火或油冷淬火，在600～720℃回火或鑄造后在700～780℃高溫回火。
本發(fā)明的優(yōu)點在于利用S、Cr、Al、Si、Mo、W、V、Ni、Cu、P等元素中的5～7種元素綜合合金化，充分利用每種元素的有益作用。大量研究結(jié)果證明Mn是高硫減摩耐磨鑄鋼中最有害的合金元素，其有害作用表現(xiàn)在(1)Mn是很強的硫化物形成元素，顯著降低硫在鋼液中的溶解度，加入0.5％Mn就使硫在1600℃鋼液中的溶解度降低到3％；(2)0.50～0.58％Mn就能形成一部分具有立方結(jié)構(gòu)的以MnS為基的硫化物固溶體，其減摩性差；(3)以MnS為基的硫化物顆粒多半呈條狀，顯著降低鋼的力學(xué)性能；(4)錳主要分配在硫化物中(砂型鑄造時Mn在硫化物中的分配率為74.8％)，而在基體中的分配率很小，只有25.2％，溶入基體中的量很小，對基體的強化作用很小。加入Mn沒有益處，只有害處，而且非常有害。加0.5～0.6％Mn，只能生產(chǎn)出硫含量小于3％的高硫減摩耐磨鑄鋼，不僅無益，反而有很大害處，只是未經(jīng)科學(xué)研究而不知其害而已。因此，在本發(fā)明中將Mn含量控制在0.2％以下，取得良好結(jié)果(見附圖4)。本發(fā)明在合金化方面的優(yōu)點是排除高硫合金鑄鋼中有害的Mn，而用有益合金元素Cr、Al、Si、Mo、W、V、Ni、Cu等元素合理匹配綜合合金化。本發(fā)明在選擇固體自潤滑劑方面的特點和優(yōu)點是加入適量的Cr、Al、V等能形成具有六方結(jié)構(gòu)的硫化物的合金元素保證形成能保持六方結(jié)構(gòu)的以FeS、CrS、Al2S3和VS為基的多元硫化物作為固體自潤滑劑。
本發(fā)明在改善硫化物顆粒形態(tài)和分布均勻性方面的優(yōu)點是利用以Cr、Al、Si綜合合金化的方法完全消除典型硫化物共晶體，增加硫化物顆粒尺寸均一性和分布均勻性；利用加Cr、去除Mn、充分脫氧和防止?jié)沧r二次氧化的方法促進硫化物顆粒球形化，增加硫化物顆粒球形化率。本發(fā)明的最基本的最大優(yōu)點是將良好的硫化物形態(tài)和分布與最適宜的基體組織有機地結(jié)合起來，充分發(fā)揮高硫減摩耐磨鑄鋼中硫化物和基體應(yīng)起的作用，使良好的減摩耐磨性與較好的強韌性結(jié)合起來，保證高硫減摩耐磨鑄鋼件有較長的使用壽命。成分相近的高硫減摩耐磨鑄鋼在上述技術(shù)問題解決前，由于存在典型硫化物共晶體和硫化物球形化較差，抗拉強度σb只有360～420MPa，沖擊韌性αk只有2～4J/cm2，用于制造中板廠加熱爐出口輥道軸承的使用壽命為45天；而將良好的硫化物形態(tài)和分布與適宜的基體組織結(jié)合起來之后，其抗拉強度σb達到560～600MPa，αk達到6～8J/cm2，使用壽命達到90天，強韌性大幅度地提高，而使用壽命提高一倍。原用的3125滾動軸承使用壽命只有10天，如果與原用3125滾動軸承比較，使用壽命提高8倍。
高硫減摩耐磨鑄鋼與其它減摩材料比較也有很大優(yōu)點。在以50HRC的結(jié)構(gòu)鋼為摩擦副時在MM200摩損試驗機上在轉(zhuǎn)數(shù)為6萬次條件下所測得的高硫減摩耐磨鑄鋼的摩擦系數(shù)為0.001～0.006，平均值為0.004，在同樣條件下，錫青銅(ZQSn5-5-5)的摩擦系數(shù)為0.013～0.0136，平均為0.0133，硅黃銅(ZHSi80-3-3)的摩擦系數(shù)為0.0095～0.0105，平均為0.01。高硫減摩耐磨鑄鋼的摩擦系數(shù)明顯低于錫青銅和硅黃銅。在長時間(18萬轉(zhuǎn))試驗條件下，高硫減摩耐磨鑄鋼的磨損失重量為0.0019g，而黃銅失重量為0.0158g，高硫減摩耐磨鑄鋼磨損失重量只有黃銅的12％，顯然高硫減摩耐磨鑄鋼的耐磨性也明顯優(yōu)于黃銅。高硫減摩耐磨鑄鋼作為減摩耐磨材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的青銅和黃銅有明顯優(yōu)勢。


圖1為硫化物顆粒尺寸的不均一性和分布的不均勻性的金相圖，圖中明顯可見硫化物共晶體。
圖2為基體組織的不均勻性金相圖，圖中明顯可見細小共晶硫化物顆粒周圍先共析鐵素體。
圖3為本發(fā)明的硫化物形態(tài)和分布的金相圖，已消除硫化物共晶體，硫化物顆粒尺寸和分布均勻。
圖4為本發(fā)明的全都為細片狀珠光體的基體組織金相圖。
具體實施例方式
例1適合于在550℃以下使用的高硫減摩耐磨鑄鋼的化學(xué)成分為0.59質(zhì)量％C，1.41質(zhì)量％S，1.05質(zhì)量％Cr，0.192質(zhì)量％Mn，0.76質(zhì)量％Si，0.72質(zhì)量％Al，0.04質(zhì)量％P。配料為工業(yè)純鐵96Kg，Si含量為75％的硅鐵1.4Kg，Cr含量為55％、碳含量為10％的高碳鉻鐵2.2Kg，碳棒碎塊0.5Kg，含38％S的硫鐵4Kg，鋁碎塊0.9 Kg。首先將工業(yè)純鐵加入中頻感應(yīng)爐中(容量100Kg)加熱熔化，溫度達到1640℃時加入硅鐵、鉻鐵、碳棒碎塊脫氧并合金化，全部熔化后加入硫鐵，最后加入鋁碎塊，溫度調(diào)至1540℃時澆注入熔模內(nèi)鑄造。在鑄態(tài)下使用，其中硫化物形態(tài)和分布見附圖3，基體組織見附圖4，全都為細片狀珠光體，硬度為24～27HRC。
例2冶煉的適合于在550～700℃使用的高硫減摩耐磨鑄鋼的化學(xué)成分為0.43質(zhì)量％C，5.2質(zhì)量％S，5.1質(zhì)量％Cr，1.2質(zhì)量％Si，1.1質(zhì)量％Al，2.1質(zhì)量％Mo，0.9質(zhì)量％W，1.0質(zhì)量％V，0.03質(zhì)量％P。配料為工業(yè)純鐵70Kg，含58％Mo的鉬鐵3.8Kg，含70％W的鎢鐵1.3Kg，含75％Si的硅鐵2.2Kg，含50％Cr和4％C的中碳鉻鐵11Kg，，含42％V和1％C的釩鐵2.5Kg，含38％S的硫鐵14Kg，鋁碎塊1.3Kg。首先將工業(yè)純鐵、鉬鐵、鎢鐵加入中頻感應(yīng)爐中，加熱熔化，溫度達到1660℃時加入硅鐵、鉻鐵、釩鐵全部熔化后加入硫鐵，最后加入鋁碎塊，溫度調(diào)至1550℃澆注入砂型中鑄造。加熱到1060℃空冷淬火，淬火后硬度為53～55HRC，加熱到700℃回火，回火后硬度為29～33HRC。
例3高碳高硫減摩耐磨鑄鋼的化學(xué)成分為1.8質(zhì)量％C，4.7質(zhì)量％S，3.6質(zhì)量％Cr，1.2質(zhì)量％Si，1.3質(zhì)量％Al，1.1質(zhì)量％Mo，0.1質(zhì)量％P。配料為工業(yè)純鐵78Kg，鉬鐵2Kg，硅鐵2.2Kg，高碳鉻鐵7Kg，碳棒碎塊1.2Kg，硫鐵12.5Kg，鋁碎塊1.5Kg。首先將工業(yè)純鐵、鉬鐵、加入中頻感應(yīng)爐內(nèi)，加熱熔化，溫度調(diào)至1620℃時加入硅鐵、高碳鉻鐵和碳棒碎塊，全部熔化后加入硫鐵，最后加入鋁碎塊，溫度調(diào)至1540℃澆注入砂型中鑄造。在鑄態(tài)或高溫回火后使用，硬度為35～40HRC。
權(quán)利要求
1.一種高硫減摩耐磨鑄鋼，其特征在于以S、Cr、Al、Si、Mo、W、Ni、V、Cu、P元素中的4～7種元素綜合合金化的多元硫化物自潤滑的鑄鋼以S、Cr、Al、Si或以S、Cr、Al、Si、Mo綜合合金化的適合于在550℃以下使用的高硫減摩耐磨鑄鋼的化學(xué)成分為C0.25～2.3質(zhì)量％，S1.3～6.3質(zhì)量％，Cr0.95～4.5質(zhì)量％，Al0.7～1.6質(zhì)量％，Si0.5～1.5質(zhì)量％，Mo0.1～1.6質(zhì)量％，余量為鐵。
2.按照權(quán)利要求1所述的高硫減摩耐磨鑄鋼，其特征在于適合于在550～700℃使用的高硫減摩耐磨鑄鋼中各元素波動范圍為C0.25～2.3質(zhì)量％，S1.2～6.2質(zhì)量％，Cr1.0～7.0質(zhì)量％，Al0.7～1.6質(zhì)量％，Si0.5～1.5質(zhì)量％，Mo0.2～2.6質(zhì)量％，W0.6～1.6質(zhì)量％，Ni0.8～1.8質(zhì)量％，V0.6～1.4質(zhì)量％，Cu0.2～1.0質(zhì)量％，P0.03～1.2質(zhì)量％，余量為鐵。
3.一種生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的高硫減摩耐磨鑄鋼的方法，生產(chǎn)工藝包括配料備料、冶煉和鑄造三個步驟，其特征在于將廢鋼或工業(yè)純鐵、鉬鐵和鎢鐵難熔且不易氧化的合金料加入中頻感應(yīng)爐中加熱熔化，溫度達到1620～1680℃時，爐前定碳并用廢電極碳棒碎塊補碳，同時加入硅鐵、鉻鐵和釩鐵脫氧并合金化，待全部熔化后再加硫鐵，最后加鋁塊或鋁條，最終脫氧及合金化；全部熔化且使成分均勻化后澆注，澆注溫度為1500～1600℃；采用砂型、熔模或鋼模鑄造，鑄造方法應(yīng)與鋼的合金化程度相適應(yīng)。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于適合于在550℃以下使用的高硫減摩耐磨鑄鋼一般在鑄態(tài)下使用，應(yīng)進行消除內(nèi)應(yīng)力退火或正火、欠速淬火；或鑄造后在500～620℃高溫回火。
5.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于適合于在550～700℃使用的高硫減摩耐磨鑄鋼的熱處理是加熱到900～1120℃保溫后空冷淬火或油冷淬火，在600～720℃回火或鑄造后在700～780℃高溫回火。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高硫減摩耐磨鑄鋼，以S、Cr、Al、Si、Mo、W、Ni、V、Cu、P元素中的4～7種元素綜合合金化的多元硫化物自潤滑的鑄鋼以S、Cr、Al、Si或以S、Cr、Al、Si、Mo綜合合金化的適合于在550℃以下使用的高硫減摩耐磨鑄鋼的化學(xué)成分為C0.25～2.3質(zhì)量％，S1.3～6.3質(zhì)量％，Cr0.95～4.5質(zhì)量％，Al0.7～1.6質(zhì)量％，Si0.5～1.5質(zhì)量％，Mo0.1～1.6質(zhì)量％，余量為鐵。生產(chǎn)工藝包括配料備料、冶煉和鑄造三個步驟。本發(fā)明的優(yōu)點在于采用兩項技術(shù)措施改善硫化物形態(tài)和分布均勻性，在充分利用多元硫化物固體自潤滑作用和減摩耐磨作用的同時減小其對力學(xué)性能的有害作用，以利于通過提高硫含量和硫化物量增加其減摩性和耐磨性，從而提高其使用壽命。
文檔編號C21D1/00GK1644748SQ20051001127
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者李文卿, 戚以新 申請人:北京科技大學(xué)