專利名稱：：耐磨鑄鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種適用于管道產(chǎn)品的耐磨鑄鐵。日本專利1981-99219號(hào)提供了一種與本發(fā)明相關(guān)的耐磨鑄鐵，它的化學(xué)成份為C3.9～4.20%，Si1.80～2.30%，Mn0.05～1.00%，Ni1.00～2.50%;Cr0.20～1.00%，Cu0.20～1.00%，Mo0.05～1.50%，RE0.15%，除去雜質(zhì)外由Fe組成。它只適用于軋制鋁材用的軋輥，其特點(diǎn)是利用結(jié)晶時(shí)析出的片狀石墨所具有的潤(rùn)滑作用來(lái)消除鋁粘結(jié)缺陷。該種耐磨鑄鐵選用稀有金屬Ni和Mo，這也使其產(chǎn)品具有較高的成本;它的材質(zhì)硬度僅有HB280～380(相當(dāng)于HRc29～41)。本發(fā)明的目的是配制一種用于承受帶溫高硬度顆粒介質(zhì)在高速?zèng)_刷磨損下工作，材質(zhì)中不含自由石墨，硬度高，成型性能和耐磨性能良好，并且產(chǎn)品成本低的耐磨鑄鐵。本發(fā)明采取了如下措施來(lái)達(dá)到發(fā)明的目的。1、選用較低的碳硅當(dāng)量碳和硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，選用較低的碳硅當(dāng)量，是為了減弱碳和硅的石墨化作用，避免材質(zhì)中有自由碳析出，提高材質(zhì)中碳化物的含量，增強(qiáng)材質(zhì)的硬度和耐磨性。2、選用較高的鉻Cr含量鉻是阻礙石墨化的元素，它不僅具有穩(wěn)定和細(xì)化珠光體的作用，而且能形成彌散的M3C和M7C3型碳化物(M表示碳化物生成元素，MxCy表示碳化物)，這些碳化物的顯微硬度很高(HV1700～1900)。選用較高的Cr含量，可以提高鑄鐵中Cr碳化物的含量，從而可以顯著地提高材質(zhì)的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐熱性能。3、提高含銅Cu量本發(fā)明提高含銅Cu量是為了提高材質(zhì)的強(qiáng)度、韌性和成型能力，避免產(chǎn)品的熱裂、冷裂、脆斷等嚴(yán)重缺陷。Cu并能與Cr共同作用，生成高硬度復(fù)合碳化物，可大大提高材質(zhì)的耐磨性。Cu在含Cr鑄鐵中，表現(xiàn)出的作用與Ni一樣，就可以不使用貴重金屬Ni，從而顯著地降低了產(chǎn)品的成本。4、增添硼B(yǎng)元素加入微量的硼就會(huì)發(fā)生作用，它不會(huì)降低材質(zhì)的性能，只是在萊氏體中出現(xiàn)一部分硼碳化物，由于硼碳化物的顯微組織硬度很高(HV1100～1300)，而且在基體中呈均勻分布，因此提高了材質(zhì)的耐磨性。5、不含貴重的Ni和Mo元素，有利地降低了產(chǎn)品的成本。本發(fā)明耐磨鑄鐵的成份含量(重量%)為碳C為3.5～4.0，硅Si為1.0～1.5，錳Mn0.5～1.0，鉻Cr為2.0～3.0，銅Cu1.5～2.5，硼B(yǎng)0.3～0.5，稀土RE0.02～0.05，鎂Mg0.03～0.06，雜質(zhì)磷P＜0.1，S＜0.06，余量為Fe。本發(fā)明的較佳含量(重量%)為C3.7～3.8，Si1.1～1.3，Mn0.7～0.9，Cr2.4～2.8，Cu1.8～2.2，B0.3～0.5，RE0.02～0.05，Mg0.03～0.06，雜質(zhì)P＜0.1，S＜0.06，余量為Fe。下面將詳細(xì)說(shuō)明每種化學(xué)成份的作用及所選取各成份含量的上、下限的理由。在這里所必須說(shuō)明的是各成份上、下限選取的理由是針對(duì)一種耐磨鑄鐵所含成份的總體互相配合作用所產(chǎn)生的效果而言。選擇耐磨鑄鐵的化學(xué)成份時(shí)，必須依據(jù)兩個(gè)條件，一是碳化物的含量、種類和形狀;二是基體組織的調(diào)整，使鑄態(tài)或熱處理后得到不含珠光體的適當(dāng)組織，并控制淬透性。承受帶溫高硬度顆粒介質(zhì)在高速干摩擦沖刷磨損時(shí)，要求材質(zhì)既要有一定的強(qiáng)度和韌性，又要有很高的硬度，才具有最好的耐磨性。這樣的抗磨材料應(yīng)是在堅(jiān)強(qiáng)的基體上鑲嵌更高硬度的質(zhì)點(diǎn)所組成的材料才是最合適的，且抗磨相硬質(zhì)點(diǎn)和基體組織顯微硬度越高，二者硬度梯度越低，其耐磨性就越高，這堅(jiān)強(qiáng)的基體組織應(yīng)是針狀珠光體(理想的是馬氏體)，高硬度質(zhì)點(diǎn)應(yīng)是碳化物質(zhì)點(diǎn)(理想的是合金復(fù)合碳化物MxCy質(zhì)點(diǎn))。本發(fā)明就是據(jù)此選用化學(xué)成份的。1、碳C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，但脆性增加，在沖擊力大的場(chǎng)合使用，從材質(zhì)的韌性考慮，應(yīng)控制碳含量。實(shí)踐證明材質(zhì)的硬度與含碳量不是簡(jiǎn)單的比例關(guān)系，而是一曲線關(guān)系，峰值在共晶成份區(qū)。對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，碳含量是對(duì)耐磨性和韌性均有影響的主要因素，但它們又具有相反的方向，含碳量增加，耐磨性提高，但抗沖擊韌性呈直線下降。當(dāng)含碳量低于下限3.5%時(shí)，碳化物的含量減少，雖可提高材質(zhì)的強(qiáng)度和韌性，但硬度較低，耐磨性能差;若含碳量高于上限4.0%時(shí)，可提高碳化物的含量，提高材質(zhì)的硬度和耐磨性，但強(qiáng)度低、韌性差，在生產(chǎn)鑄鐵管道時(shí)產(chǎn)生熱裂、冷裂、脆斷等。2、硅Si硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素，增加含硅量可能促使厚斷面產(chǎn)生珠光體，同時(shí)又能降低淬透能力，易使馬氏體組織中混入珠光體，從而惡化耐磨性，若想提高材質(zhì)中碳化物含量，提高硬度和耐磨性，應(yīng)盡量減少含硅量。本發(fā)明中若硅含量低于下限1.0%時(shí)，對(duì)原材料含硅量要求很低，給生產(chǎn)帶來(lái)困難，并提高了產(chǎn)品的成本;若硅含量高于上限1.5%時(shí)，會(huì)促進(jìn)石墨化，材質(zhì)中產(chǎn)生大量珠光體，降低了硬度和耐磨性，同時(shí)也降低了材質(zhì)的強(qiáng)度和韌性。3、錳Mn錳是一個(gè)阻礙石墨化元素。在鑄鐵中錳含量在中和有害元素硫后有余時(shí)，可起穩(wěn)定碳化物作用，在細(xì)化和穩(wěn)定珠光體的同時(shí)，還具有抑制珠光體形成的作用。當(dāng)錳在鑄鐵中含量較高時(shí)，形成Mn3C型碳化物，在白口鐵中以(FeMn)3C型碳化物型式存在，這些碳化物比Fe3C穩(wěn)定、堅(jiān)固，進(jìn)而提高材質(zhì)的硬度和耐磨性。在本發(fā)明中，若錳含量低于下限0.5%時(shí)，錳除中和硫的有害作用后所剩不足，會(huì)使脫氧不充分，同時(shí)也顯示不出錳的有利影響;當(dāng)錳含量高于上限1.0%時(shí)，會(huì)使碳化物的塊度增加，且分布亦會(huì)惡化(沿晶界呈連續(xù)的網(wǎng)狀分布)，使材質(zhì)的強(qiáng)度、韌性、耐磨性降低。4、磷P磷可降低鑄鐵的熔點(diǎn)和共晶溫度，提高鐵水的流動(dòng)性，改善鑄造性能。磷化物雖能提高材質(zhì)的硬度和耐磨性，但能使材質(zhì)產(chǎn)生冷脆性，并使材質(zhì)的韌性急劇下降，因此磷一般是鑄鐵中的有害元素。含量上限應(yīng)受到控制，若含磷量限制過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本的顯著增加。本發(fā)明要求磷的含量小于0.1%。5、硫S硫是鑄鐵中的有害元素，少量的硫便能生成化合物FeS或MnS，使鑄件產(chǎn)生夾渣缺陷;硫還會(huì)降低鐵水流動(dòng)性;還能消弱球化作用，因此含硫量是越少越好，但在金屬爐料和燃料中都含有一定的硫量，去除困難，若含量限制過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本的顯著增加。本發(fā)明要求磷的含量小于0.06%。6、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、耐熱性和淬透能力。當(dāng)碳含量一定時(shí)，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，這些碳化的顯微硬度很高(HV1700～1900)，從而可以大大提高材質(zhì)的硬度和耐磨性能。在本發(fā)明中，若鉻的含量低于下限2.0%，得不到全白口的組織，存在有細(xì)片狀珠光體，則材質(zhì)硬度低，耐磨性差;若鉻含量高于上限3.0%，雖然材質(zhì)的硬度高，耐磨性能好，但材質(zhì)的韌性差，易產(chǎn)生熱裂、冷裂，脆斷等。7、銅Cu銅能增加珠光體的含量，同時(shí)又能細(xì)化珠光體，所以能夠增加材質(zhì)的強(qiáng)度、韌性和成型能力。銅在含鉻鑄鐵中，與鎳的作用相同，可阻礙珠光體轉(zhuǎn)變，對(duì)減緩?qiáng)W氏體轉(zhuǎn)變的冷卻速度特別有效，甚至厚大鑄件也可轉(zhuǎn)變成馬氏體。銅并能與鉻共同作用，形成復(fù)全碳化物，可大大提高材質(zhì)耐磨性。在本發(fā)明中，當(dāng)含量低于下限1.5%時(shí)，它的有利作用發(fā)揮的不明顯;當(dāng)含量高于上限2.5%時(shí)，雖然材質(zhì)的強(qiáng)度和韌性可進(jìn)一步提高，但硬度有所降低。8、硼B(yǎng)鑄鐵中加入硼，基體組織幾乎不發(fā)生變化，只是在萊氏體中出現(xiàn)一部分硼碳化物，該碳化物的顯微硬度很高(HV1100～1300)，且在基體中呈均勻分布，可提高材質(zhì)的耐磨性。在鑄鐵中加入少量的硼就能發(fā)生作用，不受鑄件壁厚和成份的限制。隨著含硼量的增加，材質(zhì)中硼碳化物含量隨之增多，有利于提高耐磨性能。在本發(fā)明中為了充分發(fā)揮硼碳化物的耐磨性能，含量不能低于下限0.05%;但若高于含量的上限0.1%時(shí)，材質(zhì)的韌性顯著降低。9、稀土鎂硅鐵合金本發(fā)明使用的稀土合金所含稀土為輕稀土，以鈰(含45～53%CeO2)、釹(含24～29%Nd2O3)、鑭(含11～17%La2O3)、鐠(含5.2～7.6%Pr6O11)為主。稀土合金加入鐵水后，可使石墨球化，并能脫硫、去氧、除氣，凈化鐵水改善鑄造性能，減少皮下氣孔、夾渣和縮松等鑄造缺陷。還具有消除干擾元素的反球化作用。稀土合金元素的加入，能把MxCy碳化物細(xì)化均勻散開(kāi)，從而提高材質(zhì)的耐磨性和韌性。當(dāng)稀土合金元素的含量低于下限(RE低于0.02%，Mg低于0.03%)時(shí)，不能充分發(fā)揮稀土合金元素進(jìn)行球化處理的有利作用;若RE含量高于上限0.05%，Mg含量高于上限0.06%時(shí)，會(huì)使材質(zhì)韌性降低。本發(fā)明的耐磨鑄鐵可以采用三相電弧爐熔煉，也可以采用工頻無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉。下面以采用三相電弧爐為例說(shuō)明本發(fā)明的制造方法1、冶煉條件電爐的迥轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，電器設(shè)備、液壓系統(tǒng)、水冷裝置必須滿足使用條件，爐襯幾何尺寸符合正常蝕損要求，鐵水包轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。2、配料及裝爐配料名稱、含量比例(重量%)、規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表一表一<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">配料名稱煉鋼生鐵鑄造生鐵鉻鐵銅板硼鐵含量50505外加2外加5外加規(guī)格P08或P10Z14或Z18Cr4或Cr5Cu－4B101或B102標(biāo)準(zhǔn)GB717－75GB718－82YB64－76YB466－64YB65－60</table></tables>在爐底先裝入約占爐料總量20%的起爐塊(生鐵)，然后在起爐塊上依次裝入高熔點(diǎn)合金及少量爐料。3、送電熔煉。4、取樣進(jìn)行理化分析，用合金元素調(diào)整化學(xué)成份含量控制在公差范圍內(nèi)。5、出鐵化學(xué)成份含量合格后，造渣升溫，當(dāng)鐵水達(dá)1450～1480℃時(shí)扒渣出鐵，出鐵時(shí)用占出鐵水總量的0.5%硅鐵粉(規(guī)格為Si75，標(biāo)準(zhǔn)為YB58-69)進(jìn)行孕育處理;用占出鐵水總量的1.5%的稀土硅鐵鎂合金(規(guī)格Xt-Mg5-8，標(biāo)準(zhǔn)YB65-60)，采用包底沖入法進(jìn)行球化處理。6、澆注經(jīng)處理后的鐵水，充分?jǐn)嚢韬?，稍加靜止扒渣后，當(dāng)溫度在1350-1380℃時(shí)澆注，一包鐵水15分鐘內(nèi)澆注完畢。本發(fā)明的耐磨鑄鐵硬度高、耐磨和成型性能良好。主要適用于承受帶溫、高硬度顆粒介質(zhì)在高速?zèng)_刷磨損下工作的各種規(guī)格、型號(hào)的復(fù)雜管道，特別適用于采用拔管機(jī)專用設(shè)備、連續(xù)鑄造成型直型管道。由于本發(fā)明提高了鉻、銅含量，添加了硼元素，由此生成了大量的鉻碳化物、硼碳化物及鉻、銅復(fù)合碳化物，材質(zhì)幾乎呈全碳化物組織，因此具有很高的硬度和耐磨性，所以材質(zhì)中具備了完全不含Ni和Mo貴重元素的條件，從而大大降低了產(chǎn)品的成本。本發(fā)明的耐磨鑄鐵的機(jī)械性能為利用通用方法測(cè)得的硬度HRc為50～55，抗彎度6bb≥392N/mm2;沖擊值(無(wú)缺試樣)ak為2.0～2.5J/cm2;用特定方法(具體方法將在后面闡述)測(cè)得磨損量為0.0007～0.0009克/12小時(shí)，它的耐磨度是普通鑄鐵的4倍、普通碳素鋼的6倍。該耐磨鑄鐵的金相組織為共晶萊氏體十針條狀滲碳體十枝晶珠光體十少量馬氏體。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于熱電廠輸灰系統(tǒng)及工業(yè)其它輸送管道。本發(fā)明的磨損試驗(yàn)采用如下方法試驗(yàn)設(shè)備為MM-200磨損試樣機(jī)。采用標(biāo)準(zhǔn)磨損試樣兩塊，它為中心帶有φ16+0.19mm通孔的圓柱體，柱體外徑為φ40±0.005mm，柱體高為10±0.005mm，柱體側(cè)壁的光潔度為8。上試樣是主磨頭，材料是GCr15，下試樣為本發(fā)明的耐磨鑄鐵。上下兩塊試樣對(duì)磨，試驗(yàn)時(shí)，將上試樣固定，下試樣以200轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)，兩試樣間的壓力負(fù)荷為50kg，試驗(yàn)時(shí)間12小時(shí);潤(rùn)滑液采用20＃機(jī)油加MgO磨料的方法(5kg20＃機(jī)油加30gMgO);予磨半小時(shí)，予磨時(shí)加負(fù)載30kg。采用下面實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的耐磨鑄鐵的實(shí)施例及性能用表二(見(jiàn)14頁(yè))陳述。表二<tablesid="table2"num="002"><tablealign="center">實(shí)施例序號(hào)1234化學(xué)成分︵重量百分比︶C3.813.523.783.92Si1.321.491.411.06Mn0.820.530.930.97P0.0810.0720.0560.049S0.0460.0430.0280.035Cr2.562.112.432.89Cu2.061.621.892.31B0.410.340.470.49RE0.0310.0250.0280.034Mg0.0390.0330.0370.035Fe余量余量余量余量機(jī)械性能HRc53.550.55355σbb(N/mm2)438467452402ak(J/cm2)2.32.52.42.0磨損量(克／12小時(shí))0.00080.00090.00080.0007</table></tables>權(quán)利要求1.一種適用于管道的耐磨鑄鐵，其特征是由C3.5～4.0%，Si1.0～1.5%，Mn0.5～1.0%，Cr2.0～3.0%，Cu1.5～2.5%，B0.3～0.5%，RE0.02～0.05%，Mg0.03～0.06%，雜質(zhì)為P＜0.1%，S＜0.06%，余量為Fe所組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨鑄鐵，其特征是較佳含量為C3.7～3.8%，Si1.1～1.3%Mn0.7～0.9%，Cr2.4～2.8%，Cu1.8～2.2%，B0.3～0.5%，RE0.02～0.05%，Mg0.03～0.06%，雜質(zhì)P＜0.1%，S＜0.06%，余量為Fe。全文摘要本發(fā)明屬于一種適用于管道產(chǎn)品的耐磨鑄鐵。它提供了一種由C3.5～4.0％，Si1.0～1.5％，Mn0.5～1.0％，Cr2.0～3.0％，Cu1.5～2.5％，B0.3～0.5％，RE0.02～0.05％，Mg0.03～0.06％，雜質(zhì)為P＜0.1％，S＜0.06％，余量為Fe所組成的硬度高、耐磨性能和成型性能良好的耐磨鑄鐵。它的產(chǎn)品適于承受帶溫、高硬度顆粒介質(zhì)在高速?zèng)_刷磨損下工作。因不含貴重金屬元素，所以產(chǎn)品成本低，可廣泛應(yīng)用于熱電廠輸灰系統(tǒng)及工業(yè)其它輸灰管道。文檔編號(hào)C22C37/06GK1055562SQ9010191公開(kāi)日1991年10月23日申請(qǐng)日期1990年4月9日優(yōu)先權(quán)日1990年4月9日發(fā)明者李紀(jì)申請(qǐng)人:國(guó)營(yíng)江山機(jī)械廠