CN101892417A - 铸态使用的过共晶高铬铸铁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸态使用的过共晶高铬铸铁，属于金属耐磨材料技术领域。该铸态使用的过共晶高铬铸铁的化学组成成分以重量百分比计算为：C：3.5～4.5％，Mn：1.0～3.0％，Cr：16.0～28.0％，Si：0.5～1.5％，Ti：2.1～3.0％，P：≤0.06％，S：≤0.06％，余量为铁。该铸态使用的过共晶高铬铸铁出炉温度1500～1650℃，浇注温度1350～1400℃，贵重金属的含量少，在铸态直接使用，能耗低，生产周期短，且铸造性能好，还具有较高硬度和优良的耐磨性。

Description

铸态使用的过共晶高铬铸铁及其制备方法

技术领域

本发明属于金属耐磨材料技术领域，尤其涉及一种适用于制造输送具有强烈磨损性浆料的渣浆泵过流件用的高铬铸铁。

背景技术

高铬铸铁是一类应用非常广泛的重要耐磨材料，由于组织中存在大量的高硬度M₇C₃型碳化物而具有优良的耐磨性，同时由于共晶碳化物形貌呈杆状分布而具有较好的韧性，因此高铬铸铁被广泛用于制造冶金、矿山、水利、电力、化工等领域的各类磨损部件以及各种输送含固体颗粒流体的泵过流件，如：叶轮、护套和护板等。高铬铸铁中的铬不仅可有效提高材料在浆料中的腐蚀抗力，同时大量存在的含铬M₇C₃型碳化物有力地提高了材料的磨损抗力，提高了过流件的使用寿命。高铬铸铁中碳化物数量的增加对过流件冲蚀磨损抗力的提高具有重要的影响，但碳化物数量提高到一定程度，在高铬铸铁中将会出现粗大的初生碳化物，导致高铬铸铁的韧性急剧下降，从而使过共晶高铬铸铁失去使用价值。因而，目前用于这一类过流件高铬铸铁的碳当量通常以不超过共晶点为上限的亚共晶高铬铸铁，如我国耐磨材料国家标准中的KMTBCr26和KMTBCr15Mo3等铸铁。

中国专利申请号为200710178680.6的专利公开了一种铸态高碳高铬铸铁及其制备方法，其中高碳高铬铸铁的化学组成成分是(重量％)：4.5-5.5C，22.5-30.8Cr，3.0-5.0V，0.7-1.2Mn，0.2-0.5Nb，0.5-1.0Ti，0.08-0.20Mg，0.05-0.20Na，0.05-0.20Re，Si＜1.0，余量为铁和不可避免的微量杂质，并且5.0≤铬碳比≤5.6。其主要特点是在高铬铸铁中提高碳含量，增加初生碳化物，改善其耐磨性，但是该高铬铸铁中使用了较多的钼、钒和铌等贵重金属，增加了材料的成本。另外该专利提供的制备方法中在合金熔液出炉时需采用钒铁颗粒孕育并用稀土镁合金和钠盐复合变质处理，这增大了制造难度，且材料的性能不易控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种初生碳化物能够得到显著细化、韧性高且成本低、易于生产的铸态使用的过共晶高铬铸铁及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种铸态使用的过共晶高铬铸铁，其特征在于所述过共晶高铬铸铁的化学组成以重量百分比计为：C：3.5～4.5％，Mn：1.0～3.0％，Cr：16.0～28.0％，Si：0.5～1.5％，Ti：2.1～3.0％，P：≤0.06％，S：≤0.06％，余量为铁。

上述铸态使用的过共晶高铬铸铁的制备方法，包括以下步骤：

1)按所述的原料配比，先将生铁、废钢、铬铁、锰铁加入到电炉中熔炼，将温度升至1500～1650℃；

2)加铝脱氧，将脱氧后的铁水转至浇包；

3)在电炉中加入钛铁，将浇包内的铁水再转回电炉内并在铁水表面覆盖一层草灰；

4)将电炉快速升温至1500℃以上，使钛铁熔化，然后出炉转至浇包，出炉温度为1500～1650℃；

5)用普通铸型浇注铸件，铁水浇注温度为1350～1400℃。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1)本发明提供的铸态使用的过共晶高铬铸铁中含有3.5～4.5％的C，16～28％的Cr，并且只含有2.1～3.0％的Ti，原料成本较低，具有很好的经济效益。

2)在铸态使用的过共晶高铬铸铁中加入一定数量的Ti后，生成的TiC颗粒可以作为初生碳化物的异质形核质点，从而显著细化初生碳化物的粒度，并显著提高合金的韧性。

3)本发明提供的铸态使用的过共晶高铬铸铁的铸态硬度在HRC45～55之间，铸造无缺口冲击试样(试样尺寸为110mm×20mm×20mm)的冲击韧性在4.5～6.5J/cm²之间。

4)本发明提供的制备方法中通过改变钛的加入方式，即先将熔融的铁水转至浇包，再在电炉内加入钛铁，这样显著增大了钛的吸收量，有效改善高铬铸铁的抗铸造开裂性能并提高了高铬铸铁的强度和韧性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

一种铸态使用的过共晶高铬铸铁，其化学组成以重量百分比计为：C：4.2％，Mn：1.0％，Cr：16.0％，Si：0.5％，Ti：2.1％，P：≤0.06％，S：≤0.06％，余量为铁。

所述铸态使用的过共晶高铬铸铁的制备方法，包括以下步骤：

1)按所述的原料配比称取原料，先将生铁、废钢、铬铁、锰铁加入到中频感应电炉中熔炼，将温度升至1500℃；

2)加铝脱氧，将脱氧后的铁水转至浇包；

3)将钛铁破碎为粒度为20mm～50mm的块料加入到电炉中，再将浇包内的铁水转回电炉内，并在电炉内的熔液表面覆盖草灰以减少烧伤；

4)将电炉快速升温至1500℃以上，使钛铁熔化，然后出炉转至浇包，出炉温度为1550℃；

5)用普通铸型浇注铸件，铁水浇注温度为1350℃。

按照以上方法得到的过共晶高铬铸铁20mm厚试块的测试硬度为HRC51，20mm×20mm×110mm无缺口试样的冲击韧性为6.3J/cm²。

实施例二

一种铸态使用的过共晶高铬铸铁，其化学组成以重量百分比计为：C：4.2％，Mn：2.8％，Cr：28.0％，Si：1.5％，Ti：2.5％，P：≤0.06％，S：≤0.06％，余量为铁。

所述的铸态使用的过共晶高铬铸铁的制备方法，包括以下步骤：

1)按所述的原料配比称取原料，先将生铁、废钢、铬铁、锰铁加入到中频感应电炉中熔炼，将温度升至1600℃；

2)加铝脱氧，将脱氧后的铁水转至浇包；

3)将钛铁破碎为粒度为20mm～50mm的块料加入到电炉中，再将浇包内的铁水转回电炉内，并在电炉内的熔液表面覆盖草灰以减少烧伤；

4)将电炉快速升温至1500℃以上，使钛铁熔化，然后出炉转至浇包，出炉温度为1550℃；

5)用普通铸型浇注铸件，铁水浇注温度为1375℃。

按照以上方法得到的过共晶高铬铸铁20mm厚试块的测试硬度为HRC48，20mm×20mm×110mm无缺口试样的冲击韧性为4.8J/cm²。

实施例三

一种铸态使用的过共晶高铬铸铁，其化学组成以重量百分比计为：C：4.5％，Mn：2.0％，Cr：22.0％，Si：1.0％，Ti：2.6％，P：≤0.06％，S：≤0.06％，余量为铁。

所述的铸态使用的过共晶高铬铸铁的制备方法，包括以下步骤：

1)按所述的原料配比称取原料，先将生铁、废钢、铬铁、锰铁加入到中频感应电炉中熔炼，将温度升至1650℃；

2)加铝脱氧，将脱氧后的铁水转至浇包；

3)将钛铁破碎为粒度为20mm～50mm的块料加入到电炉中，再将浇包内的铁水转回电炉内，并在电炉内的熔液表面覆盖草灰以减少烧伤；

4)将电炉快速升温至1500℃以上，使钛铁熔化，然后出炉转至浇包，出炉温度为1550℃；

5)用普通铸型浇注铸件，铁水浇注温度为1400℃。

按照以上方法得到的过共晶高铬铸铁20mm厚试块的测试硬度为HRC49，20mm×20mm×110mm无缺口试样的冲击韧性为5.5J/cm²。

Claims (2)

1.一种铸态使用的过共晶高铬铸铁，其特征在于所述过共晶高铬铸铁的化学组成以重量百分比计为：C：3.5～4.5％，Mn：1.0～3.0％，Cr：16.0～28.0％，Si：0.5～1.5％，Ti：2.1～3.0％，P：≤0.06％，S：≤0.06％，余量为铁。

2.一种权利要求1所述的铸态使用的过共晶高铬铸铁的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)先将生铁、废钢、铬铁、锰铁加入到电炉中熔炼，将温度升至1500～1650℃；

2)加铝脱氧，将脱氧后的铁水转至浇包；

3)在电炉中加入钛铁，将浇包内的铁水再转回电炉内并在铁水表面覆盖一层草灰；

4)将电炉快速升温至1500℃以上，使钛铁熔化，然后出炉转至浇包，出炉温度为1500～1650℃；

5)用普通铸型浇注铸件，铁水浇注温度为1350～1400℃。