一种高铬白口抗磨铸铁耐磨材料及其制造方法

摘要

一种高铬白口抗磨铸铁耐磨材料及其制造方法，它属于一种铸铁材料及其制造方法。它主要是解决现有的铸铁材料成本较高、耐磨性差、适用性较差、硬度不足、工件冲击负荷较小等技术问题。其技术方案要点是：原材料重量百分比为：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、余量为Fe和不可避免的杂质。它主要是用于铸铁材料的生产及生产过程中的质量控制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸铁材料及其制造方法，特别是一种高铬白口抗磨铸铁耐磨材料及其制造方法。

背景技术

目前，高铬铸铁自问世以来，一直被认为是一种比较理想的耐磨材料，在冶金、矿山、建材、电力、交通、机械等领域广泛应用。在大型破碎机磨环、锤头、抛丸机叶片，以及高温环境中的耐磨铸件如轧辊、高炉料钟、高炉衬板等也有广泛应用，并取得良好的经济效益。

高铬铸铁中的M₇C₃型碳化物的硬度很高1200-1800HV，这种碳化物呈孤立的六角形杆状或片状分布在基体中，因连续程度降低，使碳化物对基体的破坏作用大为减小，所以高铬铸铁较其它白口铸铁的韧性有所改善。高铬铸铁中的碳化物数量的增加能提高材料的磨损抗力，但这种过共晶高铬铸铁由于含有较多的初生的碳化物，虽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，过共晶高铬铸铁在铸造和热处理过程极易开裂，导致铸件废品率高，无法在生产和实践中广泛应用。因而，目前广泛应用的高铬铸铁的碳当量都没有超过共晶点的上限，如我国材料标准中的KmTBCr26、KmTBCr15Mo及KmTBCr12等。

过共晶高铸铁一般采用中间合金对铁液进行变质处理，使碳化物细化，提高铸件韧性。专利号CN100453674C公示的“一种低成本高耐磨性的过共晶铸铁及其制造”，就采用中间合金+钾盐+稀土镁包内孕育，同时又用合金粉随流孕育，虽然可以得较比较理想的高铬铸铁，但批量生产因中间合金需要定制，而这些合金粉随流孕育时的反应强烈，对操作人员危害性较大，难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种材料经济、耐磨性高、适用于制造渣浆泵、物料输送弯管等过流件、在腐蚀磨损中其耐腐性和高磨性更有良好的结合、其硬度及耐磨性优于常规高铬铸铁、有较大冲击负荷的叶片、衬板等工件的高铬白口抗磨铸铁耐磨材料及其制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它包括C、Cr、Si、Mn、Mo、V、Ti、B、Fe，原材料重量百分比为：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，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明制备方法分为铸造工序和热处理工序，将原材料配比、熔化，按比例称取钛铁、硼铁备用，将铁液温度提升到1400-1450℃，加入铁液的0.20%-0.30%复合脱氧剂进行预脱氧，再加入0.30%-0.40%的纯铝线进行终脱氧，打净炉渣，再加入钛铁、硼铁，熔清炉渣出铁液，出铁液前在浇包内加入0.20%-0.30%的稀土镁，冲入铁液进行变质处理，待稀土镁反应完全后即可浇注。

本发明所述Ti、B在脱氧后加入。

本发明所述复合脱氧剂采用铝、硅、钙、钡复合商品制剂。

本发明将铸造成型的高铬白口抗磨铸铁的铸件升温至1000℃～1050℃进行软化退火，将经过软化退火处理的高铬白口抗磨铸铁的铸件升温至1050℃～1150℃进行淬火，将经过淬火处理的高铬白口抗磨铸铁的铸件升温至450℃～550℃进行回火。

本发明的有益效果是：采用C3.1-3.4%Cr28-32配比，不添加Cu和Ni等贵重合金，较少添加Mo，成本与普通KMTBCr26相当，同时此成分配比在生产中较为容易把握，熔炼质量控制简单；采用稀土合金包内变质，显著降低了产品的晶粒度；优化的成分配比，使改合金的耐磨性能是普通KMTBCr26的4-6倍；硬度为HRc60-65，冲击功(aKn)为≥3J；用简单的合金添加和工艺优化降低了批量生产的难度，该发明直接可以应用于生产并利于生产过程的质量控制。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1，本发明包括C、Cr、Si、Mn、Mo、V、Ti、B、Fe，原材料重量百分比为：3.60wt%～4.20wt%的C、22.0wt%～26.0wt%的Cr，碳和铬是高铬铸铁中的两种最重要的合金元素。高铬铸铁的耐磨性是由碳化物的数量决定的，而碳和铬的含量则直接决定碳化物料的数量，其体积分数可通过下式估算：Φ碳化物%=12.33wC+0.55wCr-15.2提高碳含量可以增加碳化物的数量，但会提高高铬铸铁的共晶点，共晶点碳含量【含量分数，wCE】,共晶碳含量随铬含量的变化变化，具体计算可参考下式：wCE=4.40-0.054wCr铬碳比质量比还影响铸件中的M₇C₃型碳化物与总碳化物的相对数量。在铬碳比大于5时，能获得大部分M₇C₃型碳化物，同时淬透性也好，铬碳比越高淬透性越好，铬对高铬铸铁高温抗氧化性有强烈的影响，随铬含量的提高则氧化损失降低，即抗氧化性提高，常规高铬铸铁中的C含量为2.00wt%～3.30wt%，Cr含量为11.0wt%～30.0wt%，铬碳比为4-8，成分设计时一般均采用亚共晶碳含量，为提高高铬铸铁的碳化物数量和硬度，提高其抗氧化性，保证其淬透性，因此，本发明提供的高铬白口抗磨铸铁为过共晶成分设计，铬碳比为8-10，其中的C含量为3.10wt%～3.50wt%，Cr含量为28.0wt%～32.0wt%；0.80wt%～1.20wt%的Si，Si与氧的新和力大于锰和铬，是脱氧所需元素，并能提高高铬铸铁的Ms点、减少残留奥氏体，但Si的含量过多会造成高铬铸铁的淬透性降低，常规高铬铸铁的中Si的含量为≤1.20wt%，本发明提供的高铬白口抗磨铸铁中Si的优选含量为0.80wt%～1.20wt%；0.60wt%～1.00wt%的Mn，Mn能扩大γ相区，提高淬透性，但锰剧烈降低Ms点，会使高铬铸铁淬火后残留较多的奥氏体，常规高铬铸中的Mn含量为≤1.20wt%，本发明提供的高铬白口抗磨铸铁中Mn的优选含量为0.60wt%～1.00wt%；0.50wt%～0.70wt%的Mo，Mo可以提高淬透性，对马氏体开始转变温度Ms影响不大，并可控制减少热裂敏感性，常规高铬铸铁中的Mo含量为≤3.00wt%，根据铸铁的壁厚进行适当调整，本发明提供的高铬白口抗磨铸铁的铬碳比达8-10，因此，Mo的优选含量为0.50wt%～0.70wt%，以降低生产成本；0.20wt%～0.30wt%的V，根据试验，V能促使碳化物球化，结合熔炼时加入稀土镁效果更佳，同时因VC或V₄C₃的形成促使初生碳化物细化和减少，改善了高铬铸铁的铸造和热处理性能，进而提高了工件的冲击韧度，但过量的钒在浇注和铸件冷却过程中会与铸型反应，产生针气孔，因此，本发明提供的高铬白口抗磨铸铁中V的含量为0.20wt%～0.30wt%；0.10wt%～0.20wt%的Ti，根据试验，Ti是强碳化物形成元素，并且TiC具有较高的形成温度熔点为3160℃，铸件凝固时初生碳化物会依附于TiC上生长，细化初生碳化物，改善铸造和热处理性能，提高工件的韧度，但过量的Ti使铁液质量恶化，形成大量的氧化渣，在浇注过程中依附于铸型表面、或包裹于铸件中，影响工件的耐磨性和冲击韧度，严重的降低铸件的合格率，因此，本发明提供的高铬白口抗磨铸铁中Ti的含量为0.10wt%～0.20wt%；0.10wt%～0.20wt%的B，根据试验，B能有效提高高铬铸铁的硬度，并能产生硬度较高的化合物，从而提高高铬铸铁的耐磨性，但过高的硼易使高铬铸铁产生网状组织，降低冲击韧度，因此，本发明提供的高铬白口抗磨铸铁中B的含量为0.10wt%～0.20wt%；余量为Fe和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质具体例子为P、S，所述P含量优选小于0.060wt%、所述S含量优选小于0.060wt%。

实施例2，本发明制备方法分为铸造工序和热处理工序，将原材料配比、熔化，按比例称取钛铁、硼铁备用，熔炼前加少量废钢，待废钢熔化后加入铬铁、钼铁，将铁液温度提升到1400-1450℃，加入铁液的0.20%-0.30%复合脱氧剂进行预脱氧，再加入0.30%-0.40%的纯铝线进行终脱氧，打净炉渣，约达炉容的70-80%时熔清取样化验，成分调整达到要求后测温，出钢温度1480±15℃，按要求调整各化学元素含量，再加入钛铁、硼铁，熔清炉渣出铁液，出铁液前在浇包内加入0.20%-0.30%的稀土镁，冲入铁液进行变质处理，用渣棍对未完全反应的变质剂进行搅拌，待稀土镁反应完全后即可浇注。其余同实施例1。

实施例3，本发明所述Ti、B在脱氧后加入。其余同上述实施例。

实施例4，本发明所述复合脱氧剂采用铝、硅、钙、钡复合商品制剂。其余同上述实施例。

实施例5，本发明将铸造成型的高铬白口抗磨铸铁的铸件升温至1000℃～1050℃进行软化退火，1000-1050℃保温3小时，随炉冷却到550℃后出炉空冷；将经过软化退火处理的高铬白口抗磨铸铁的铸件升温至1050℃～1150℃进行淬火，1100℃保温3小时，出炉风冷，必须用鼓风机强制冷却，否则硬度无法达到，会影响耐磨性；将经过淬火处理的高铬白口抗磨铸铁的铸件升温至450℃～550℃进行回火，520℃保温3小时后出炉空冷。其余同上述实施例。