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、工件沖擊負荷較小等技術問題。其技術方案要點是：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。它主要是用于鑄鐵材料的生產及生產過程中的質量控制。
【專利說明】一種高鉻白口抗磨鑄鐵耐磨材料及其制造方法
【技術領域】
[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】
[0002]目前，高鉻鑄鐵自問世以來，一直被認為是一種比較理想的耐磨材料，在冶金、礦
山、建材、電力、交通、機械等領域廣泛應用。在大型破碎機磨環(huán)、錘頭、拋丸機葉片，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用，并取得良好的經濟效.、 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量的增加能提高材料的磨損抗力，但這種過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，過共晶高鉻鑄鐵在鑄造和熱處理過程極易開裂，導致鑄件廢品率高，無法在生產和實踐中廣泛應用。因而，目前廣泛應用的高鉻鑄鐵的碳當量都沒有超過共晶點的上限，如我國材料標準中的KmTBCr26、KmTBCr15Mo及KmTBCr 12 等。
[0004]過共晶高鑄鐵一般采用中間合金對鐵液進行變質處理，使碳化物細化，提高鑄件韌性。專利號CN100453674C公示的“一種低成本高耐磨性的過共晶鑄鐵及其制造”，就采用中間合金+鉀鹽+稀土鎂包內孕育，同時又用合金粉隨流孕育，雖然可以得較比較理想的高鉻鑄鐵，但批量生產因中間合金需要定制，而這些合金粉隨流孕育時的反應強烈，對操作人員危害性較大，難以實現。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種材料經濟、耐磨性高、適用于制造渣漿泵、物料輸送彎管等過流件、在腐蝕磨損中其耐腐性和高磨性更有良好的結合、其硬度及耐磨性優(yōu)于常規(guī)高鉻鑄鐵、有較大沖擊負荷的葉片、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)明解決其技術問題所采用的技術方案是: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。
[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%復合脫氧劑進行預脫氧，再加入0.30%-0.40%的純鋁線進行終脫氧，打凈爐渣，再加入鈦鐵、硼鐵，熔清爐渣出鐵液，出鐵液前在澆包內加入0.20%-0.30%的稀土鎂，沖入鐵液進行變質處理，待稀土鎂反應完全后即可澆注。[0008]本發(fā)明所述T1、B在脫氧后加入。
[0009]本發(fā)明所述復合脫氧劑采用鋁、硅、鈣、鋇復合商品制劑。
[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進行軟化退火，將經過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進行淬火，將經過淬火處理的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至450°C~550°C進行回火。
[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，同時此成分配比在生產中較為容易把握，熔煉質量控制簡單；采用稀土合金包內變質，顯著降低了產品的晶粒度；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 ;用簡單的合金添加和工藝優(yōu)化降低了 批量生產的難度，該發(fā)明直接可以應用于生產并利于生產過程的質量控制。
【具體實施方式】
[0012]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0013]實施例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量決定的，而碳和鉻的含量則直接決定碳化物料的數量，其體積分數可通過下式估算:Φ碳化物％=12.33wC+0.55wCr-15.2提高碳含量可以增加碳化物的數量，但會提高高鉻鑄鐵的共晶點，共晶點碳含量【含量分數，wCE],共晶碳含量隨鉻含量的變化變化，具體計算可參考下式:wCE=4.40-0.054wCr鉻碳比質量比還影響鑄件中的M7C3型碳化物與總碳化物的相對數量。在鉻碳比大于5時，能獲得大部分M7C3型碳化物，同時淬透性也好，鉻碳比越高淬透性越好，鉻對高鉻鑄鐵高溫抗氧化性有強烈的影響，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，成分設計時一般均采用亞共晶碳含量，為提高高鉻鑄鐵的碳化物數量和硬度，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共晶成分設計，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，是脫氧所需兀素，并能提聞聞絡鑄鐵的Ms點、減少殘留奧氏體，但Si的含量過多會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能擴大、相區(qū)，提高淬透性，但錳劇烈降低Ms點，會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，對馬氏體開始轉變溫度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%,根據鑄鐵的壁厚進行適當調整，本發(fā)明提供的高鉻白口抗磨鑄鐵的鉻碳比達8-10，因此，Mo的優(yōu)選含量為0.50wt%~0.70wt%,以降低生產成本；0.20wt%~0.30wt%的V，根據試驗，V能促使碳化物球化，結合熔煉時加入稀土鎂效果更佳，同時因VC或V4C3的形成促使初生碳化物細化和減少，改善了高鉻鑄鐵的鑄造和熱處理性能，進而提高了工件的沖擊韌度，但過量的釩在澆注和鑄件冷卻過程中會與鑄型反應，產生針氣孔，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，根據試驗，Ti是強碳化物形成元素，并且TiC具有較高的形成溫度熔點為3160°C，鑄件凝固時初生碳化物會依附于TiC上生長，細化初生碳化物，改善鑄造和熱處理性能，提高工件的韌度，但過量的Ti使鐵液質量惡化，形成大量的氧化渣，在澆注過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,根據試驗，B能有效提高高鉻鑄鐵的硬度，并能產生硬度較高的化合物，從而提高高鉻鑄鐵的耐磨性，但過高的硼易使高鉻鑄鐵產生網狀組織，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，所述不可避免的雜質具體例子為P、S，所述P含量優(yōu)選小于0.060wt%、所述S含量優(yōu)選小于0.060wt%。
[0014]實施例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%復合脫氧劑進行預脫氧，再加入0.30%-0.40%的純鋁線進行終脫氧，打凈爐渣，約達爐容的70-80%時熔清取樣化驗，成分調整達到要求后測溫，出鋼溫度1480± 15°C，按要求調整各化學元素含量，再加入鈦鐵、硼鐵，熔清爐渣出鐵液，出鐵液前在澆包內加入0.20%-0.30%的稀土鎂，沖入鐵液進行變質處理，用渣棍對未完全反應的變質劑進行攪拌，待稀土鎂反應完全后即可澆注。其余同實施例1。
[0015]實施例3，本發(fā)明所述T1、B在脫氧后加入。其余同上述實施例。
[0016]實施例4，本發(fā)明所述復合脫氧劑采用鋁、硅、鈣、鋇復合商品制劑。其余同上述實施例。
[0017]實施例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進行軟化退火，1000-1050°C保溫3小時，隨爐冷卻到550°C后出爐空冷；將經過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進行淬火，1100°C保溫3小時，出爐風冷，必須用鼓風機強制冷卻，否則硬度無法達到，會影響耐磨性；將經過淬火處理的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至450°C~550°C進行回火，520°C保溫3小時后出爐空冷。其余同上述實施例。
【權利要求】
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。
2.根據權利要求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.根據權利要求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進行軟化退火，將經過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進行淬火，將經過淬火處理的高鉻白口抗磨鑄鐵的鑄件升溫至450°C~550°C進行回火。
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%復合脫氧劑進行預脫氧，再加入0.30%-0.40%的純鋁線進行終脫氧，打凈爐渣，再加入鈦鐵、硼鐵，熔清爐渣出鐵液，出鐵液前在澆包內加入0.20%-0.30%的稀土鎂，沖入鐵液進行變質處理，待稀土鎂反應完全后即可澆注。
5.根據權利要求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:所述復合脫氧劑采用鋁、硅、鈣、鋇復合商品制劑。
【文檔編號】C22C37/10GK103966498SQ201410137746
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權日:2014年4月8日
【發(fā)明者】李德海, 劉樹良 申請人:湖南力神新材料科技有限公司