CN103774028B - 一种分级机叶片用耐磨铸铁的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分级机叶片用耐磨铸铁的制备方法，该耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 3.2％～3.6％，Cr 13％～15％，Si 1.4％～1.6％，Mn 0.3％～0.5％，Mo 0.004％～0.006％，Cu 0.003％～0.005％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；该耐磨铸铁的制备方法包括以下步骤：一、称取各原料；二、将铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁熔炼成铁水；三、将电解铜和钼铁置于浇包中，将铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁熔化后与铁水混合；四、除渣后浇注，得到分级机叶片用耐磨铸铁。本发明铸铁的组织致密均匀，冲击韧性高，硬度大，耐磨性能优良，适于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于铸铁材料技术领域，具体涉及一种分级机叶片用耐磨铸铁的制备方法。
背景技术
现阶段的分级机叶片通常采用稀土铬合金铸铁加工而成，而传统的分级机叶片用稀土铬合金铸铁存在着以下不足：
一、工艺适应性较差。传统的分级机叶片用稀土铬合金铸铁对碳的控制范围为2.12％～2.14％，控制区间较窄，因此实际生产中需要加入大量的废钢来实现对碳的控制，导致炉衬受到严重冲蚀，炉衬使用寿命短，熔炼时间长，并且传统的分级机叶片用稀土铬合金铸铁对各组分材料的选用质量要求较高，要求操作人员需具备较高的技术水平。
二、浪费现象严重。传统的分级机叶片用稀土铬合金铸铁在制备过程中，稀土的加入方法通常是随流冲入浇包，反应剧烈，烧损严重，经反复生产验证，其实际吸收率仅为40％左右，浪费现象严重。
三、需要专用热处理设备进行高温热处理。
因此，亟需研发一种降低生产成本、节能增效、简化生产工艺及实现技术傻瓜化的新型的分级机叶片用铸铁，来实现各关键工艺参数的优化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种生产成本低、节能增效、生产工艺简化的分级机叶片用耐磨铸铁。该铸铁的金相组织为“屈氏体+蠕虫状碳化物(Cr7C3)”结构，组织致密均匀，铸铁的冲击韧性高，硬度大。利用该铸铁生产的分级机叶片的使用寿命长，是稀土铬合金铸铁的理想替代材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种分级机叶片用耐磨铸铁，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：C 3.2％～3.6％，Cr 13％～15％，Si 1.4％～1.6％，Mn 0.3％～0.5％，Mo 0.004％～0.006％，Cu0.003％～0.005％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
上述的一种分级机叶片用耐磨铸铁，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：C 3.3％～3.5％，Cr 13％～14％，Si 1.4％～1.5％，Mn 0.4％～0.5％，Mo 0.005％～0.006％，Cu 0.004％～0.005％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
上述的一种分级机叶片用耐磨铸铁，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：C 3.3％～3.4％，Cr 13.5％～14％，Si 1.4％～1.45％，Mn0.45％～0.5％，Mo 0.0055％～0.006％，Cu 0.0045％～0.005％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
另外，本发明还提供了一种制备上述分级机叶片用耐磨铸铁的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求，分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、钼铁和电解铜；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1550℃～1650℃的条件下熔炼60min～70min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、对步骤三中加有电解铜和钼铁的铁水进行除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1350℃～1380℃的条件下进行浇注，冷却后得到分级机叶片用耐磨铸铁。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 50％～65％，C 6％～9％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.0％～4.5％，Si1.15％～1.4％，Mn 0.17％～0.2％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.3％～0.4％，Si 0.6％～0.8％，Mn0.5％～0.8％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 72％～80％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 65％～78％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 50％～57％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％。
上述的方法，其特征在于，步骤四中所述冷却的具体过程为：先以50℃/min～100℃/min的降温速率快速冷却至600℃～700℃，然后以1℃/min～2℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温。
本发明分级机叶片用铸铁具有优良的耐磨耐蚀性能，尤其是在湿磨工况下表现出优异的耐磨耐蚀性(通常湿磨的磨损量是干磨的10倍以上)。本发明通过加入钼、铜元素并进行合理的匹配，使得蠕虫状碳化物Cr7C3硬质点均匀分布在强韧好的屈氏体上，成功解决了传统的分级机叶片用铸铁耐磨性差这一技术问题。本发明铸铁中钼与铜的作用机理为：钼与铜均是很强的珠光体形成元素，又能强化珠光体中的铁素体，有利于提高基体的强度和韧性，有利于提高淬透性，有利于铸件内外硬度的均匀以及基体组织的细化，从而使其具有良好的耐磨性能。此外，钼与铜还能降低电极电位，提高湿磨条件下的耐腐蚀性，二者联合使用，耐磨耐蚀作用更为强烈。本发明经过大量实践后发现，如果在本发明铸铁中不加钼或者铜，铸件的使用寿命会显著下降(不加钼或者铜的铸件的使用寿命仅3～5个月，而采用本发明铸铁制备的铸件的使用寿命达8个月)。因此，本发明通过进行最佳的成分匹配，以及合理的冶炼工艺(最佳冶炼温度1550℃～1650℃，此时铁液渣气含量最少)，先快速冷却后缓慢冷却实现对铸件的热处理(保证共晶奥体低温下转变为屈氏体)，工艺适应性强，对原材料要求可降低使用级别，碳配入量大幅提高，可缩短冶炼时间10min～20min，延长炉子使用寿命近一倍，工艺大大简化，可实现生产的傻瓜化，能够产生巨大的经济价值。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用添加有微量Mo和Cu的铬合金铸铁替代传统的稀土铬合金铸铁，采用成本低廉的Mo和Cu替代高成本的稀土合金，能够显著节约生产成本。
2、本发明在铸铁中加入Mo和Cu，能够显著提高铸件在湿磨工况条件下的耐腐蚀性能。本发明经大量研究证明，利用本发明铸铁生产的分级机叶片，其平均使用寿命为8个月，显著优于传统稀土铬合金铸铁叶片5个月的使用寿命，使用寿命可延长60％。
3、本发明对于碳的控制范围较宽且碳含量较高(3.2％～3.6％)，能够大大减少废钢的加入量，工艺适应性强。其一，能够有效缩短铁水熔炼时间，减少各元素的烧损，本发明经大量实际生产统计数据表明，每炉可缩短熔炼时间10min～20min；其二，能够减轻铁水对炉衬的冲蚀，延长炉衬使用寿命，炉衬使用寿命延长近一倍；其三，易于操作，无需对操作人员进行专业培训。
4、本发明旨在通过最少的投入产生最大的经济价值，增强产品的市场竞争力，利用本发明铸铁制备的分级机叶片在实际工况条件下的应用表明，本发明将Mo和Cu以微量形式加入，能够满足分级机叶片在实际工况条件下的应用要求；并且Mo、Cu的加入方法是预先置于浇包中，然后冲入铁水，反应较平稳，经反复试验证实，实际吸收率达95％以上。
5、本发明采用铸件自身热量释放的方式实现对产品的热处理，无需额外采用专用的热处理设备对其进行高温热处理，大大简化了生产工艺，显著降低了生产成本。
6、本发明充分利用金属的结晶潜能，生铁、废钢、锰铁以及电解铜这些低熔点材料熔化形成熔池，使其作为金属结晶潜能释放的诱发剂，也就是所谓的催化剂。而铬、硅以及硅这些较高熔点物质在铁水熔池中诱发结晶潜能，最终在较低的熔炼温度和浇注温度下冶炼得到组织均匀一致的铸铁材料。
7、本发明铸铁的金相组织为“屈氏体+蠕虫状碳化物(Cr7C3)”结构，组织致密均匀，铸铁的冲击韧性高，硬度大，耐磨性能优良，适于大规模工业化生产。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例1耐磨铸铁的金相组织图。
图2为本发明实施例2耐磨铸铁的金相组织图。
图3为本发明实施例3耐磨铸铁的金相组织图。
图4为本发明实施例4耐磨铸铁的金相组织图。
图5为本发明实施例5耐磨铸铁的金相组织图。
图6为本发明实施例6耐磨铸铁的金相组织图。
图7为本发明实施例7耐磨铸铁的金相组织图。
图8为本发明实施例8耐磨铸铁的金相组织图。
图9为本发明实施例9耐磨铸铁的金相组织图。
图10为传统稀土铬合金铸铁的金相组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C3.35％，Cr 13.6％，Si 1.42％，Mn 0.46％，Mo 0.0056％，Cu 0.0045％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
本实施例耐磨铸铁的制备方法为：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜和钼铁；本实施例中，所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 55％，C 8％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.5％，Si 1.2％，Mn 0.19％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.35％，Si 0.68％，Mn 0.58％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 75％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 70％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 55％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1600℃的条件下熔炼60min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、向步骤三中电解铜、钼铁和铁水的混合液中加入珍珠岩除渣剂进行常规除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1350℃的条件下进行浇注，之后采用空冷的方式使其以80℃/min的降温速率冷却至650℃，再用保温材料进行包覆，使其以1.5℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温冷却，得到分级机叶片用耐磨铸铁。
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁的性能测试数据见表1。
实施例2
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C3.38％，Cr 13.8％，Si 1.45％，Mn 0.48％，Mo 0.0055％，Cu 0.0047％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
本实施例耐磨铸铁的制备方法为：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜和钼铁；本实施例中，所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 60％，C 7％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.2％，Si 1.2％，Mn 0.18％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.35％，Si 0.7％，Mn 0.6％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 78％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 68％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 57％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1620℃的条件下熔炼66min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、向步骤三中电解铜、钼铁和铁水的混合液中加入珍珠岩除渣剂进行常规除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1370℃的条件下进行浇注，之后采用空冷的方式使其以80℃/min的降温速率冷却至680℃，再用保温材料进行包覆，使其以2℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温冷却，得到分级机叶片用耐磨铸铁。
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁的性能测试数据见表1。
实施例3
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C3.34％，Cr 13.8％，Si 1.43％，Mn 0.49％，Mo 0.0058％，Cu 0.0048％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
本实施例耐磨铸铁的制备方法为：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜和钼铁；本实施例中，所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 50％，C 6％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.0％，Si 1.15％，Mn 0.2％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.4％，Si 0.6％，Mn 0.5％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 72％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 78％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 50％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1550℃的条件下熔炼60min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、向步骤三中电解铜、钼铁和铁水的混合液中加入珍珠岩除渣剂进行常规除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1350℃的条件下进行浇注，之后采用空冷的方式使其以50℃/min的降温速率冷却至600℃，再用保温材料进行包覆，使其以1℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温冷却，得到分级机叶片用耐磨铸铁。
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁的性能测试数据见表1。
实施例4
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C3.37％，Cr 13.5％，Si 1.44％，Mn 0.45％，Mo 0.0057％，Cu 0.0049％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
本实施例耐磨铸铁的制备方法为：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜和钼铁；本实施例中，所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 65％，C 9％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.5％，Si 1.4％，Mn 0.17％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.3％，Si 0.8％，Mn 0.5％～0.8％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 75％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 65％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 56％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1650℃的条件下熔炼70min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、向步骤三中电解铜、钼铁和铁水的混合液中加入珍珠岩除渣剂进行常规除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1350℃的条件下进行浇注，之后采用空冷的方式使其以100℃/min的降温速率冷却至700℃，再用保温材料进行包覆，使其以2℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温冷却，得到分级机叶片用耐磨铸铁。
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁的性能测试数据见表1。
实施例5
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 3.2％，Cr 13％，Si 1.4％，Mn 0.5％，Mo 0.006％，Cu 0.003％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
本实施例耐磨铸铁的制备方法为：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜和钼铁；本实施例中，所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 56％，C 7％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.2％，Si 1.25％，Mn 0.18％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.36％，Si 0.65％，Mn 0.8％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 80％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 78％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 57％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1650℃的条件下熔炼60min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、向步骤三中电解铜、钼铁和铁水的混合液中加入珍珠岩除渣剂进行常规除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1350℃的条件下进行浇注，之后采用空冷的方式使其以100℃/min的降温速率冷却至700℃，再用保温材料进行包覆，使其以1℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温冷却，得到分级机叶片用耐磨铸铁。
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁的性能测试数据见表1。
实施例6
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 3.6％，Cr 15％，Si 1.6％，Mn 0.3％，Mo 0.004％，Cu 0.005％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
本实施例耐磨铸铁的制备方法为：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜和钼铁；本实施例中，所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 65％，C 6％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.0％，Si 1.15％，Mn 0.17％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.4％，Si 0.6％，Mn 0.8％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 72％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 65％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 57％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1580℃的条件下熔炼64min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、向步骤三中电解铜、钼铁和铁水的混合液中加入珍珠岩除渣剂进行常规除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1360℃的条件下进行浇注，之后采用空冷的方式以80℃/min的降温速率冷却至640℃，再用保温材料进行包覆，使其以1℃/min～2℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温冷却，得到分级机叶片用耐磨铸铁。
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁的性能测试数据见表1。
实施例7
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 3.5％，Cr 13％，Si 1.5％，Mn 0.4％，Mo 0.005％，Cu 0.004％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
本实施例耐磨铸铁的制备方法为：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜和钼铁；所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 65％，C 9％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.5％，Si 1.15％，Mn0.2％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.4％，Si 0.6％，Mn 0.8％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 80％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 78％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 50％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1550℃的条件下熔炼60min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、向步骤三中电解铜、钼铁和铁水的混合液中加入珍珠岩除渣剂进行常规除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1380℃的条件下进行浇注，之后采用空冷的方式使其以60℃/min的降温速率冷却至600℃，再用保温材料进行包覆，使其以1℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温冷却，得到分级机叶片用耐磨铸铁。
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁的性能测试数据见表1。
实施例8
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 3.4％，Cr 13.5％，Si 1.45％，Mn 0.45％，Mo 0.0055％，Cu 0.005％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
本实施例耐磨铸铁的制备方法为：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜和钼铁；本实施例中，所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 50％，C 9％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.5％，Si 1.4％，Mn 0.2％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.3％，Si 0.8％，Mn 0.5％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 80％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 78％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 50％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1650℃的条件下熔炼60min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、向步骤三中电解铜、钼铁和铁水的混合液中加入珍珠岩除渣剂进行常规除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1380℃的条件下进行浇注，之后采用空冷的方式使其以90℃/min的降温速率冷却至680℃，再用保温材料进行包覆，使其以1℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温冷却，得到分级机叶片用耐磨铸铁。
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁的性能测试数据见表1。
实施例9
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 3.3％，Cr 14％，Si 1.4％，Mn 0.5％，Mo 0.006％，Cu 0.0045％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
本实施例耐磨铸铁的制备方法为：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、电解铜和钼铁；本实施例中，所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr 65％，C 7％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.0％，Si 1.2％，Mn 0.18％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.4％，Si 0.6％，Mn 0.5％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si 80％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 69％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 53％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1650℃的条件下熔炼60min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、向步骤三中电解铜、钼铁和铁水的混合液中加入珍珠岩除渣剂进行常规除渣处理，然后将除渣处理后的混合液在温度为1350℃的条件下进行浇注，之后采用空冷的方式使其以100℃/min的降温速率冷却至700℃，再用保温材料进行包覆，使其以2℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温冷却，得到分级机叶片用耐磨铸铁。
本实施例分级机叶片用耐磨铸铁的性能测试数据见表1。
表1本发明实施例1至9耐磨铸铁的性能测试数据
由表1可知，本发明耐磨铸铁的金相组织均为“屈氏体+蠕虫状碳化物(Cr7C3)”结构，组织致密均匀，铸铁的冲击韧性高，硬度大。而现有的稀土铬合金铸铁为“莱氏体+断网状碳化物(Cr3C)”结构，该结构导致铸铁的冲击韧性和硬度较低。此外，采用本发明铸铁生产的分级机叶片，其平均使用寿命为8个月，显著优于传统稀土铬合金铸铁分级机叶片5个月的使用寿命，使用寿命可延长60％。由此可知，利用本发明铸铁制备的分级机叶片不仅具有较为理想的金相形貌，且各项性能优良，是传统稀土铬合金铸铁的理想替代材料。
此外，将本发明耐磨铸铁与传统稀土铬合金铸铁的生产成本进行对比分析发现，每生产一吨分级机叶片，平均需耗用本发明铸铁：生铁600kg，废钢333kg，铬铁61.7kg，锰铁1.7kg，硅铁6.7kg，电解铜0.05kg，钼铁0.12kg；合计：3334.57元。平均需耗用传统的稀土铬合金铸铁：生铁400kg，废钢540kg，铬铁68kg，硅铁6kg，锰铁5kg，稀土6kg；合计3579.121元。由此可知，本发明铸铁与传统稀土铸铁相比较，每吨叶片可节约生产成本244.55元，若是按照每年生产10000吨分级机叶片进行计算，则每年仅主材可节约244.55万元，再加上热处理费用120元/吨，不计其它费用节约，每年就可降低成本364.55万元，能够产生巨大的经济价值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种分级机叶片用耐磨铸铁的制备方法，该耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 3.2％～3.6％，Cr 13％～15％，Si 1.4％～1.6％，Mn0.3％～0.5％，Mo 0.004％～0.006％，Cu 0.003％～0.005％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe，其特征在于，该耐磨铸铁的制备方法包括以下步骤：
步骤一、根据所要制备的分级机叶片用耐磨铸铁的成分设计要求，分别称取铬铁、生铁、废钢、硅铁、锰铁、钼铁和电解铜；
步骤二、将步骤一中称取后的铬铁、生铁、废钢、硅铁和锰铁加入中频感应电炉中，在温度为1550℃～1650℃的条件下熔炼60min～70min，得到铁水；
步骤三、将步骤一中称取后的电解铜和钼铁置于浇包中，然后将步骤二中所述铁水加入浇包中搅拌，使电解铜和钼铁在铁水中熔化为液态并与铁水混合均匀；
步骤四、对步骤三中加有电解铜和钼铁的铁水进行除渣处理，然后在温度为1350℃～1380℃的条件下进行浇注，冷却后得到分级机叶片用耐磨铸铁；所述冷却的具体过程为：将浇注后的铁水先以50℃/min～100℃/min的降温速率快速冷却至600℃～700℃，然后以1℃/min～2℃/min的降温速率缓慢冷却至25℃室温。
2.根据权利要求1所述的一种分级机叶片用耐磨铸铁的制备方法，其特征在于，该耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 3.3％～3.5％，Cr 13％～14％，Si 1.4％～1.5％，Mn 0.4％～0.5％，Mo 0.005％～0.006％，Cu0.004％～0.005％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述的一种分级机叶片用耐磨铸铁的制备方法，其特征在于，该耐磨铸铁由以下质量百分比的成分组成：C 3.3％～3.4％，Cr 13.5％～14％，Si 1.4％～1.45％，Mn 0.45％～0.5％，Mo 0.0055％～0.006％，Cu 0.0045％～0.005％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的一种分级机叶片用耐磨铸铁的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铬铁的化学成分按质量百分比计为：Cr50％～65％，C 6％～9％，Si≤3％，P≤0.07％，S≤0.07％，余量为Fe；所述生铁的化学成分按质量百分比计为：C 4.0％～4.5％，Si 1.15％～1.4％，Mn0.17％～0.2％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述废钢的化学成分按质量百分比计为：C 0.3％～0.4％，Si 0.6％～0.8％，Mn 0.5％～0.8％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；所述硅铁的化学成分按质量百分比计为：Si72％～80％，Cr≤0.5％，P≤0.04％，S≤0.02％，余量为Fe；所述锰铁的化学成分按质量百分比计为：Mn 65％～78％，C≤7％，Si≤4％，P≤0.4％，S≤0.03％，余量为Fe；所述钼铁的化学成分按质量百分比计为：Mo 50％～57％，Si≤1.5％，S≤0.15％，P≤0.1％，C≤0.25％，Cu≤1.0％，余量为Fe；所述电解铜的质量纯度≥99.5％。
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