專利名稱：錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨鑄鐵及其制備工藝，尤其是一種新型多元的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵及其制備工藝。
背景技術(shù)：
合金抗磨鑄鐵材料被廣泛應(yīng)用在發(fā)電、冶金、礦山、水泥、耐火材料等行業(yè)中，如礦山、發(fā)電生產(chǎn)中使用的干濕磨球、板錘、護(hù)板及相應(yīng)的一些抗磨鑄件產(chǎn)品，每年消耗量超過幾百萬噸，其中磨球的消耗量每年就有上百萬噸，其材質(zhì)都以鉻為主要合金元素，再加入一定量的鉬、礬、鎢等貴重金屬元素，再通過高溫?zé)崽幚砉に?，使材料生產(chǎn)成本較高，且需要高溫?zé)崽幚碓O(shè)備及貴重金屬合金，采購也不方便，從而限制了該產(chǎn)品在金屬礦山等行業(yè)的推廣應(yīng)用。中國專利93111103.X名稱為“稀土硼多元合金耐磨鑄鐵”，其雖然考慮到了不采用資源缺乏的合金鉻，但它采用了價格昂貴的鉬和銅，又采用高溫淬火，熱處理工藝復(fù)雜，故制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提出一種具有極優(yōu)的耐磨性、抗破碎性和良好的強(qiáng)韌性，且合金元素價格便宜、采購方便、成本低廉的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵及其制備工藝。
本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵，其特征在于該抗磨鑄鐵的化學(xué)成分重量百分比為C 0.32～0.42％、Si 0.4～1.5％、Mn 6～12％、Cr 4～8％、B 0.001～0.01％、Re 0.2～1.5％、P≤0.08％、S≤0.08％、復(fù)合變質(zhì)劑0.10～0.50％、Fe余量。
所述的變質(zhì)劑為Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca的組合或Re-Mg-Si-Ca。
所述的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵的制備工藝，其特征在于a、在熔煉爐中進(jìn)行熔煉，將普通廢鋼、不銹鋼廢料、碳素鉻鐵、中碳鉻鐵、含硼生鐵按化學(xué)成分的配比要求，換算成重量進(jìn)行混合加熱熔化，待鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵；
b、將爐內(nèi)熔化溫度升至1500～1580℃后，各加入占鐵水重量0.10～0.25％的Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca復(fù)合變質(zhì)劑處理鐵液，出爐前再加入符合化學(xué)成分配比設(shè)計(jì)的稀土Re；c、將Re-Mg-Si-Ca復(fù)合變質(zhì)劑合金破碎至粒度小于16mm的小塊，經(jīng)220℃以下溫度烘干，出爐時加入占鐵水重量的0.10％于鋼包中對鐵水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)劑處理；d、用金屬?；蚶溆矘渲皾沧⒃煨?，澆注溫度1420～1460℃；e、澆注后待1～6小時后開箱空冷；f、在電阻爐內(nèi)加熱進(jìn)行雙級淬火，淬火溫度810～830℃，恒溫3小時，先油后空冷至室溫，然后再低溫回火，回火溫度270℃～290℃，保溫4小時后空冷至室溫，即得成品。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以服務(wù)于鑄件硬度和韌性的相結(jié)合，采用獨(dú)具特點(diǎn)的化學(xué)成分匹配方法，充分利用了我國硼鐵礦和得天獨(dú)厚的稀土資源的優(yōu)勢，使含硼生鐵得到合理有效利用，解決了含硼生鐵用途小的矛盾，以錳代替鉬、鎳等金屬，同時添加適量的稀土改性并微合金化，再通過合適的熱處理工藝，使本發(fā)明的生產(chǎn)成本至少下降30～50％，遠(yuǎn)低于鉻系耐磨鑄鐵和錳系耐磨鑄鐵成本，而耐磨性卻大大提高，實(shí)踐證明，用本發(fā)明鑄鐵澆鑄的磨球，在型號為φ2.75m×2.3m金礦球磨機(jī)中，工作1879小時，處理礦量19872噸，耐磨性比原來用鉻系、錳系鐵磨球提高57％以上，使用壽命是高、中、低鉻鑄鐵的3.5、4、5.5倍，通過試驗(yàn)證明，它具有極優(yōu)的耐磨性、良好的強(qiáng)韌性、生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、技術(shù)含量高，替代能強(qiáng)，可全面替代高鉻鑄鐵及各種耐磨鑄鐵和部分高錳鉻鋼。其耐磨和強(qiáng)韌性的力學(xué)性能對比參見表1力學(xué)性能對比表 表1

具體實(shí)施方式
本發(fā)明錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵對化學(xué)成份的選擇依據(jù)是①、碳(C)碳是碳化物形成元素，碳化物的組成、形態(tài)、分布及數(shù)量是決定其性能的關(guān)鍵因素。含碳量的多少直接影響材質(zhì)中碳化物的含量，碳化物含量的多少直接影響到材質(zhì)的強(qiáng)度、韌性、硬度和耐磨性。含碳量愈高，碳化物愈多，能提高耐磨性，但韌性降低、脆性增加。在沖擊力大的場合使用，從材質(zhì)的韌性考慮，應(yīng)控制碳含量。對本發(fā)明來說，碳含量是對耐磨性和韌性均有影響的主要因素。碳量過高碳化物數(shù)量過多，碳量過低碳化物數(shù)量減少，對鑄鐵的耐磨性都有不利的影響，故選取含量為0.32～0.42％。
②、鉻(Cr)鉻是阻礙石墨化元素，并具有穩(wěn)定和細(xì)化珠光體的作用。鉻為耐磨鑄鐵的重要元素，它可顯著地提高材質(zhì)的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐熱性和淬透性能。在本發(fā)明中，當(dāng)碳含量一定時，隨著鉻含量的增加，碳化物量也增加，形成彌散的M3C和M7C3碳化物(M表示碳化物生成元素，MXCY表示碳化物)，從而可以大大提高材質(zhì)的硬度和耐磨性能。若鉻的含量低于下限4％，則材質(zhì)硬度低，耐磨性差，若鉻含量高于上限8％，雖然材質(zhì)的硬度高，耐磨性能好，但韌性下降。本發(fā)明所用的鉻是中碳鉻鐵、比起金屬Cr價格要便宜得多。
③、硼(B)在鑄鐵中是反石墨化元素，它在奧氏體中的最大固溶液是0.018％，其余硼與碳形成硼碳化合物。硼又能顯著提高金屬材料的淬透性，使鑄鐵出現(xiàn)馬氏體，隨含硼量增加，硼碳化結(jié)構(gòu)將變復(fù)雜，數(shù)量也增加，其宏觀硬度和硼碳化物的顯微硬度也隨之提高。試驗(yàn)表明該鑄鐵中硼含量若低于0.001％，其耐磨性差；若高于0.01％時，該鑄鐵的韌性明顯降低，脆性增加。
④、錳(Mn)即能形成碳化物，又能溶于基體。錳能穩(wěn)定珠光體，增加殘余奧氏體。錳含量應(yīng)控制在6～12％。
⑤、硅(Si)在鑄鐵中是促進(jìn)石墨化元素，有減少白口的傾向。硅能影響鑄鐵的鑄造性能，并能影響韌性，硅量高會導(dǎo)致脆性增加，硅含量控制在0.4～1.5％。
⑥、磷、硫(P、S)是隨爐料或熔化過程中混入的有害物質(zhì)，應(yīng)該越低越好。
⑦、稀土(Re)在本發(fā)明中的作用是對鐵水改性并微合金化，使鑄鐵中連續(xù)網(wǎng)狀碳化物變?yōu)閿嗑W(wǎng)狀碳化物。Re過低則起不了改性及微合金化作用，過高又會生成稀土大塊灰雜，降低了鑄鐵的網(wǎng)性。
根據(jù)上述原則，故本發(fā)明的化學(xué)成分重量百分比為C 0.32～0.42％、Si 0.4～1.5％、Mn 6～12％、Cr 4～8％、B 0.001～0.01％、Re 0.2～1.5％、P≤0.08％、S≤0.08％、復(fù)合變質(zhì)劑0.10～0.50％、Fe余量。
本發(fā)明的工藝流程歸納為配料—熔煉—出鐵液—變質(zhì)劑復(fù)合處理—澆注。熔煉爐為中頻感應(yīng)爐或電爐，采用價廉的普通廢鋼、不銹鋼廢料、碳素鉻鐵、中碳鉻鐵、含硼生鐵按化學(xué)成分的配比設(shè)計(jì)換算成重量后進(jìn)行混合加熱熔化，待鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵；當(dāng)爐內(nèi)熔化溫度升至1500～1580℃后進(jìn)行鐵液變質(zhì)處理鐵液，第一次選用Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca復(fù)合變質(zhì)劑處理鐵液，目的在于改性并微合金化，并在出爐前再加入化學(xué)成分Re改性并微合金化；然后進(jìn)行第二次復(fù)合變質(zhì)處理，復(fù)合變質(zhì)劑選用Re-Mg-Si-Ca，將其合金破碎至粒度小于16mm小塊，經(jīng)220℃以下烘干，出爐時加入占鐵水重量0.10％于鋼包中進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理，進(jìn)行二次復(fù)合變質(zhì)處理的目的在于進(jìn)一步改性提高鐵液純凈度；鑄件澆注采用金屬?；蚶溆矘渲皾沧⒃煨?，澆注時保持鐵水溫度1420～1460℃；最后在電阻爐內(nèi)加熱進(jìn)行雙級淬火和低溫回火，淬火溫度為810～830℃，回火溫度為270℃～290℃，即獲得新型多元的合金抗磨鑄鐵。
實(shí)施例1以一包鐵液(約500kg)的化學(xué)成分重量百分比C 0.39％、Si 1.12％、Mn 10％、Cr 6％、B 0.009％、Re 0.8％、雜質(zhì)P、S各為0.06％、第一次復(fù)合變質(zhì)劑Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca分別為0.15％、第二次復(fù)合變質(zhì)劑Re-Mg-Si-Ca0.10％、Fe余量。
用上述制備工藝獲得的鐵液澆注金屬型試棒，其機(jī)械性能為HRC＝67、ak＝6.8J/cm2。
實(shí)施例2同樣以一包鐵液(約500kg)的化學(xué)成分重量百分比C 0.32％、Si 0.8％、Mn 8％、Cr 5％、B 0.008％、Re 0.4％、雜質(zhì)P、S各為0.07％、第一次復(fù)合變質(zhì)劑Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca分別為0.15％、第二次復(fù)合變質(zhì)劑Re-Mg-Si-Ca0.10％、Fe余量。
用上述制備工藝獲得的鐵液澆注金屬型試棒，其機(jī)械性能為HRC＝65、ak＝5.7J/cm2。
權(quán)利要求
1.一種錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵，其特征在于該抗磨鑄鐵的化學(xué)成分重量百分比為C 0.32～0.42％、Si 0.4～1.5％、Mn 6～12％、Cr 4～8％、B 0.001～0.01％、Re 0.2～1.5％、P≤0.08％、S≤0.08％、復(fù)合變質(zhì)劑0.10～0.50％、Fe余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵，其特征在于所述的變質(zhì)劑為Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca的組合或Re-Mg-Si-Ca。
3.一種制備權(quán)利要求1所述的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵的工藝，其特征在于a、在熔煉爐中進(jìn)行熔煉，將普通廢鋼、不銹鋼廢料、碳素鉻鐵、中碳鉻鐵、含硼生鐵按化學(xué)成分的配比要求，換算成重量進(jìn)行混合加熱熔化，待鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵；b、將爐內(nèi)熔化溫度升至1500～1580℃后，各加入占鐵水重量0.10～0.25％的Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca復(fù)合變質(zhì)劑處理鐵液，出爐前再加入符合化學(xué)成分配比設(shè)計(jì)的稀土Re；c、將Re-Mg-Si-Ca復(fù)合變質(zhì)劑合金破碎至粒度小于16mm的小塊，經(jīng)220℃以下溫度烘干，出爐時加入占鐵水重量的0.10％于鋼包中對鐵水進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)劑處理；d、用金屬?；蚶溆矘渲皾沧⒃煨停瑵沧囟?420～1460℃；e、澆注后待1～6小時后開箱空冷；f、在電阻爐內(nèi)加熱進(jìn)行雙級淬火，淬火溫度810～830℃，恒溫3小時，先油后空冷至室溫，然后再低溫回火，回火溫度270℃～290℃，保溫4小時后空冷至室溫，即得成品。
全文摘要
本發(fā)明是一種錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵及其制備工藝，其化學(xué)成份重量百分比為C 0.32～0.42％、Si 0.4～1.5％、Mn 6～12％、Cr 4～8％、B 0.001～0.01％、Re 0.2～1.5％、P、S≤0.08％、變質(zhì)劑0.10～0.50％、Fe余量。制備工藝通過熔煉爐將普通廢鋼、不銹鋼廢料、碳素鉻鐵、中碳鉻鐵、含硼生鐵按化學(xué)成分配比要求，換算成重量后混合加熱熔化，待鐵水熔清后加入硅鐵和錳鐵，爐內(nèi)熔化溫度升至1500～1580℃后，進(jìn)行Si－Ca和Re－Mg－Si－Ca第一次復(fù)合變質(zhì)處理鐵液，出爐前加入Re，再進(jìn)行Re－Mg－Si－Ca第二次復(fù)合變質(zhì)處理鐵液，鑄件澆注后進(jìn)行雙級淬火和低溫回火即得成品。本發(fā)明與鉻系、錳系耐磨鑄鐵相比，生產(chǎn)成本低，具有極優(yōu)的耐磨性、抗破碎性和良好的強(qiáng)韌性，使用壽命長，被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、冶金、礦山、水泥、耐火材料等行業(yè)的干濕磨球、板錘、護(hù)板等耐磨鑄件產(chǎn)品。
文檔編號C22C33/08GK1804088SQ20061004926
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者許季祥, 高源江, 丁桂榮 申請人:許季祥