專利名稱：高鉻合金鑄鐵及其熱處理工藝和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐磨耐熱的高烙合金鑄鐵，以及這種高鉻合金鑄鐵的熱處理工藝，并將該材料用于制造軋管機用頂頭。
高鉻合金鑄鐵是一種良好的耐磨材料，其應(yīng)用范圍不斷擴大，品種、規(guī)格和需用量增加。高鉻鑄鐵的研制要根據(jù)具體機件的服役條件和性能要求來選定合金成份，制定其生產(chǎn)工藝、特別是熱處理工藝。
在冶金等行業(yè)中，有一些機體、工具、襯板等，不但要求有高的耐磨性，而且要有高的耐熱性。如熱軋無縫鋼管生產(chǎn)中，軋管機的頂頭擔負很重的工作應(yīng)力，又受熱金屬包圍，服役條件極為惡劣。頂頭是對軋管質(zhì)量和軋管生產(chǎn)率都有重大影響的關(guān)鍵性工具，要求材質(zhì)在高溫下有良好的耐磨性、硬度、強度和韌性的合理匹配，以及使用中金相組織、性能不發(fā)生變化。特別是國內(nèi)一些廠家，由于穿孔機與軋管機的布置不太恰當，造成鋼管在進入軋管機時溫度偏低，加大了頂頭的工作負荷，對頂頭材質(zhì)性能的要求更苛刻。又如穿孔機導(dǎo)板也是主要受力部件之一，極易磨損。管坯在軋輥作用下高速旋轉(zhuǎn)前進，導(dǎo)板受到管坯變形時的旋轉(zhuǎn)壓力、延伸壓力和摩擦力作用，其值相當軋制力的30%。穿孔時被加熱到1250℃以上的管坯，在導(dǎo)板上旋轉(zhuǎn)前進，產(chǎn)生高溫摩擦，其接觸部分的瞬間溫度可升到500～1000℃左右。另外，還要承受反復(fù)的激冷激熱。所以，導(dǎo)板材質(zhì)也必須有優(yōu)良的高溫硬度、高溫強度、高溫抗氧化性、耐磨性和耐激冷激熱性等。
稀土元素是有效的變質(zhì)劑。研究證明，稀土可以細化初生奧氏體枝晶并可使碳化物更趨于弧立塊狀，有利于韌性和抗壓抗彎強度的提高，所加入的稀土在基體中有一定的溶解度，溶于奧氏體后造成晶格畸變，使硬度增加，高鉻合金鑄鐵中加入稀土，還可提高合金高溫力學(xué)性能，增加抗氧化能力，并阻止高溫時晶粒粗化。我國稀土資源豐富，應(yīng)注意發(fā)揮稀土在高鉻合金鑄鐵中的作用。商用名稱為Panfanax的西德高鉻合金鑄鐵，其成份為(重量百分比)C2.6～3.1，Si0.8～1.2，Mn0.7～1.0，Cr27.0～30.0，Ni2.0～2.3，其中未加入稀土元素。東德專利文獻DL140362報導(dǎo)了如下成份的合金鑄鐵(重量百分比)C3～3.5，Si0.6～1.5，Mn0.8～1.5，Cr23～27，Ni3～3.5，Ti0.6～1，其中也未加入稀土元素。
高鉻合金鑄鐵的硬度與碳和鉻含量有關(guān)。增加含碳量有助于提高硬度，因為有足夠的碳量，才能使合金中有足夠的碳化物強化相。鉻不但是提高合金鑄鐵抗氧化性能最有效的元素，而且又是強碳化物形成元素，隨含鉻量增加，鉻碳化物變成M7C3和M23C6型，因而能提高重荷下的抗磨性、熱穩(wěn)定性。中國專利文獻CN86106715A報導(dǎo)的“稀土高鉻高溫耐熱鋼，”雖然含有稀土元素和Cr30～36，Ni7～10(重量百分比等，但含碳量僅為0.6～1.0。中國專利文獻CN87104467報導(dǎo)的高鉻鑄鐵，含稀土元素，含碳1.5～2.5%，但含鉻量僅為5～15%。上述材質(zhì)均不符合制造軋管機頂頭、穿孔機導(dǎo)板等機件、工具的要求。
目前常用的軋管機頂頭、穿孔機導(dǎo)板材料Cr32NiS、Cr15Ni2，不含稀土金屬，它們在工作條件特別苛刻的情況下使用壽命較短。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，為軋管機頂頭等工具，機件提供一種適合其具體服役條件需要的，有高耐磨性和耐熱性的，加有稀土元素的高鉻合金鑄鐵，以延長使用壽命，并提供其熱處理工藝和用途。
本發(fā)明高鉻合金鑄鐵的組分為(重量百分比)C2.85～3.40、Si0.80～1.50、Mn0.30～0.40、S＜0.02、P＜0.03、Cr25～38、Ni3～8，RE0.08～0.15，余量為Fe。
碳、鉻和稀土的作用已在前面敘述過。鎳能提高淬透性，并在鑄態(tài)下形成穩(wěn)定的奧氏體組織，還限制耐磨性差的珠光體組織產(chǎn)生，同時鎳在高溫下也起穩(wěn)定奧氏體的作用，可提高固溶體強度，又能改善鋼的韌性和熱疲勞性。適宜的錳量和熱處理，可提高抗磨性和沖擊韌性。硅固溶于奧氏體中，加入一定量的硅能防止晶間龜裂，提高抗氧化性能，增加固溶體的硬度和強度。
本發(fā)明高鉻合金鑄鐵的熱處理工藝是進行兩次熱處理，第一次熱處理溫度為1100℃～1300℃，保溫3～8小時后出爐空冷至室溫。第一次熱處理的目的是細化鑄造組織的碳化物。經(jīng)過第一次熱處理后金相結(jié)構(gòu)見

圖1。第二次熱處理溫度為1000℃～1250℃，保溫2～5小時后緩冷至室溫。緩冷的方法最好是隨爐冷卻。第二次熱處理的目的是使奧氏體基底上析出細小的碳化物顆粒，以提高工件在高溫下的耐熱性、硬度、強度和韌性。經(jīng)過第二次熱處理后的金相結(jié)構(gòu)見圖2，為奧氏體+M7C3+M23C6，宏觀硬度為HRC50～55。(金相試樣的浸蝕劑均為氯化鐵鹽酸水溶液三氯化鐵5克、鹽酸50毫升、水100毫升)。
熔煉本發(fā)明的高鉻合金鑄鐵時，用鋁脫氧，一部分稀土加入爐內(nèi)，另一部分稀土加入鐵水包內(nèi)。澆注溫度控制在1550℃～1650℃。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是根據(jù)對軋管機頂頭、穿孔機導(dǎo)板等工具、機件的高耐磨性、耐熱性特殊要求，合理設(shè)計了合金成分和熱處理工藝，發(fā)揮了稀土元素的良好作用，可以較大幅度地提高工具機件的使用壽命，成為一種有經(jīng)濟效益和社會效益的新材料。
實施例1共熔煉5爐下述組分的高鉻合金鑄鐵(重量百分比)C2.85～3.1，Si0.80～1.10、Mn0.30～0.40、S＜0.02、P＜0.03、Cr28～33、Ni4～6、RE0.08～0.12，余量為Fe。
熔煉操作時，按材質(zhì)化學(xué)成分要求以及原料實際化學(xué)成分，計算出所需各種原料的配比，將鉻鐵(塊度小于50×100×150mm)、鎳板(塊度小于10×50×100mm)、廢鋼(塊度小于50×50×100mm)，碳精(塊度小于30×30×30mm)等原料按比例分批加入中頻爐(隨著熔化過程的進行，分批加入，直到加完為止)。原料熔化完畢后，保溫十分鐘，按比例加入硅鐵，用SiO2去渣。用鋁條脫氧五分鐘后，一部分稀土加入爐內(nèi)，主要目的是凈化鐵水。十五分鐘后，把另外一部分稀土加入鐵水包內(nèi)與沖入包內(nèi)的鐵水充分攪均，起到改變碳化物體積、形態(tài)、分布以及細化晶粒等作用。
采用多箱堆垛澆注，澆注工件為軋管機頂頭。澆注時間25～35秒，不能間斷。由于合理控制碳和稀土的加入量，減少了鐵水中的氣體，增強了鐵水的流動性、提高了頂頭成品率。澆注完后保溫10小時以上開箱。
從五爐高鉻合金鑄鐵頂頭鑄造毛坯中，取64只加工成φ64.4mm的球頂頭，其余毛坯根據(jù)生產(chǎn)需要加工成φ63.8mm～φ65.0mm的球頂頭，均按本發(fā)明熱處理工藝進行熱處理后，裝機在實際生產(chǎn)條件下使用。跟蹤試驗結(jié)果64只新質(zhì)頂頭軋管量為610.65噸，平均每只頂頭軋管9.54噸，為舊材質(zhì)頂頭每只軋管量3噸的3.18倍(穿管機與軋管機呈對角線排列，鋼管在進入軋管機時溫度偏低，約為650～950℃，頂頭工作條件極惡劣)。舊材質(zhì)頂頭的化學(xué)成分為(重量百分比)C1.8～2.2、Si0.3～0.5、Ni3～6、Cr30～34、除S、P外余量為Fe。
實施例2共熔煉9爐下述組分的高鉻合金鑄鐵(重量百分比)C2.905～3.280、Si0.904～1.330、Mn0.32～0.34、S＜0.02、Cr33.94～35.38、Ni5.803～6.675、RE0.080～0.130，余量為鐵。
熔煉操作，澆注和熱處理與實施例1相同。做了130只球頂頭，軋管量為1183噸，平均每只頂頭軋管9.1噸，為舊材質(zhì)頂頭的3.03倍。
權(quán)利要求
1.一種耐磨耐熱的高鉻合金鑄鐵，其特征在于它的成分為(重量百分比)C2.85～3.40、Si0.80～1.50、Mn0.30～0.40、S＜0.02、P＜0。03、Cr25～38、Ni3～8、RE0.08～0.15，余量為鐵。
2.如權(quán)利要求1所述的高鉻合金鑄鐵，其特征在于它的成分為(重量百分比)C2.85～3.30、Si0.80～1.33、Mn0.30～0.40、S＜0.02、P＜0.03、Cr28～35.38、Ni4～6.68、RE0.08～0.13，余量為鐵。
3.如權(quán)利要求1所述的高鉻合金鑄鐵的熱處理工藝，其特征在于進行兩次熱處理，第一次熱處理溫度為1100℃～1300℃，保溫3～8小時后出爐空冷至室溫，第二次熱處理溫度為1000～1250℃，保溫2～5小時后緩冷至室溫。
4.如權(quán)利要求3所述的熱處理工藝，其特征在于第二次熱處理緩冷的方式為隨爐冷卻。
5.如權(quán)利要求1或2所述的高鉻合金鑄鐵，其特征在于用于制造軋管機頂頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐磨耐熱的高鉻合金鑄鐵及其獨特的熱處理工藝，并將該材料用于制造軋管機頂頭。發(fā)明材料的成分為(重量百分比)C2.85～3.40、Si0.80～1.50、Mn0.30～0.40、S＜0.02、P＜0.03、Cr25～38、Ni3～8、RE0.08～0.15，余量為鐵。進行兩次熱處理，第一次的溫度為1100～1300℃，出爐后空冷；第二次的溫度為1000～1250℃，緩冷。本發(fā)明根據(jù)軋管機頂頭、穿孔機導(dǎo)板等工具、機件的特殊要求合理設(shè)計了成分和工藝、發(fā)揮了稀土的良好作用。
文檔編號C22C37/08GK1042193SQ8910889
公開日1990年5月16日 申請日期1989年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月23日
發(fā)明者孫熙柱, 江靜波, 黃金洪, 張立漢, 李僑英, 陶云祥, 羅銳, 李洪清, 李志學(xué) 申請人:昆明鋼鐵公司