CN102230123A

CN102230123A - 一种铬系变质耐磨铸铁及其制备方法

Info

Publication number: CN102230123A
Application number: CN 201110163216
Authority: CN
Inventors: 罗丰华; 付晓虎; 刘华山; 董铁铭; 许晓嫦; 肖常安
Original assignee: HUNAN CHANGGAO NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: HUNAN CHANGGAO NEW MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: CN102230123B

Abstract

本发明公开了一种变质铸铁的组分及制备方法，其变质铸铁含有2.5～3.3％的C，0.5～2.5％的Si，1.2～1.8％的Mn，1.1～2.0％的Ni，14～16％的Cr，0.4～0.8％的Mo，P≤0.07％，S≤0.03％，余量为Fe。制备方法为下述工艺流程：配料、熔化、变质处理、浇注、开模、样品加工、热处理。合金未变质铸造组织为网状碳化物和残余奥氏体，变质处理后组织为破碎网状碳化物和残余奥氏体，并且组织细化。变质铸铁经正火处理后，破碎网状碳化物数量减少，断开为细小条形碳化物，并且从饱和奥氏体内析出大量弥散的亚微米级二次碳化物颗粒，该正火组织具有高的硬度和冲击韧性，其典型性能为：硬度为57～63HRC，冲击韧性为8～12J/cm²，是一种高硬度、高韧性的耐磨材料。

Description

一种铬系变质耐磨铸铁及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种变质耐磨铸铁及其制备方法。

背景技术

铬系白口铸铁起源于20世纪初，广泛应用于20世纪中后期。经过近几十年的发展使铬系白口铸铁性能不断提高，并且生产工艺大大简化。目前铬系白口铸铁已在一些领域取代耐磨钢、中锰铁球和低合金钢等材质做磨球，应用于建筑冶金等行业。取得了良好的经济效益和社会效益。使高铬和低铬铸铁成为国内外广泛应用的抗磨料磨损材料。但高铬铸铁含铬量高，生产成本高，并且在冲击磨料磨损等工况中的耐磨性不足。因此，如何改善高铬铸铁的耐磨性与冲击韧性便成了提高高铬铸铁性能的关键。

国内外已经有大量对铸铁变质处理的研究，近年来，将变质处理技术应用于生产中也获得了可喜的效果。由于稀土元素与钢中的S、O等有害杂质反应，生成高熔点的稀土硫氧化合物，这些固相质点，大部分浮到渣中，使钢液净化，小部分未来的及浮出的质点，成为非自发核心，使共晶团细化，达到变质的目的。但迄今为止无论何种铸铁其冲击韧性依然较低，使其应用受到了一定程度限制。提高铸铁合金的韧性已成为近年来人们关注的热点。

提高铸铁硬度和耐磨性的另一种方法是通过提高合金元素含量，实现合金强化，形成以碳化物为主要强化组元的合金品种，如高镍铬钼、高铬铸铁等系列耐磨合金，这些合金硬度和耐磨性都有大幅度改善。采用稀土硅铁、硼铁对高铬白口铸铁进行变质处理，经过热处理工艺后，韧性最高为6.14J/cm²，硬度最高达到61HRC。对低铬白口铸铁采用Re、Al、Bi、Mg等进行变质处理，冲击韧性达到3.0J/cm²，硬度达到54HRC。对中铬镍耐腐蚀铸铁研究，其冲击韧性为4J/cm²，硬度为50HRC。Ni-Mo-Nb-Cu贝氏体球墨铸铁复合轧辊，其冲击韧性可达到6.3J/cm²。稀土、钒变质低镍铬钼离心复合铸铁轧辊，其硬度可以达到70～75HRC。

但是对于大型铸件来说，Mo元素的含量增加会大幅度增加成本。因此，与含Cr15％Mo2％的抗磨铸铁相比，本发明在降低Mo元素以降低成本的同时，通过热处理和变质处理等手段共同作用，改善材料微观组织，在不降低材料硬度的情况下同时提高材料的冲击韧性和耐磨性能，达到更良好的使用效果。

发明内容

本发明在含Cr15％Mo2％的抗磨铸铁的基础上，通过成分调整、变质处理和热处理，实现合金组织转变。合金经正火处理后，网状碳化物数量减少，并断开为细小条形碳化物，二次碳化物以亚微米级颗粒碳化物析出物为特征的奥氏体低温转变产物(图2、3)。具有这种组织特征的铸铁具有高的硬度和冲击韧性，其硬度≥57HRC，冲击韧性≥8J/cm²。硬度和冲击韧性达到一般高铬铸铁、高合金无限冷硬铸铁的水平，但与含Cr15％Mo2％的抗磨铸铁相比，其Mo含量显著降低，并且加工、热处理工艺简单，是一种低成本的高性能耐磨铸铁材料。

本发明主要解决的技术问题是：铸铁质量百分比组成为：2.5～3.3％的C，0.5～2.5％的Si，1.2～1.8％的Mn，1.1～2.0％的Ni，14～16％的Cr，0.4～0.8％的Mo，P≤0.07％，S≤0.03％，余量为Fe，对该铸铁进行变质处理和热处理，改变网格状碳化物，使碳化物细化，并抑制过冷奥氏体向片状珠光体的转变，形成亚微米级颗粒碳化物析出物，从而提高了铸铁的硬度与冲击韧性。

所述铸铁制备工艺如下：

1、配料：选择上述成分范围内合适成分配料。

2、熔化：在1450℃～1550℃范围内熔化。

3、变质处理：在熔化完成后添按顺序添加变质剂，变质剂添加量为0.5～1.5％，变质剂完全溶入钢水中后立即浇注。

4、浇注：在变质剂充分融入到铁水中后立即浇注。

5、样品加工：铸锭机加工所需形状、尺寸规格的铸件

6、铸件的热处理：加热到850～950℃保温2小时，空冷。

采用上述方法制备的变质低合金化铸铁有如下优点：

(1)Mo元素较少。在变质时加入少量变质剂，成本较低。

(2)热处理工艺简单。通过850℃～950℃的正火热处理后，组织细化，网格状碳化物全部断开变为细小条形碳化物，在奥氏体中析出亚微米级的二次碳化物颗粒，性能得到大幅度提高。

采用上述工艺制备的变质铸铁，韧性超过8J/cm²；硬度超过57HRC；经过热处理后，力学性能超过含Cr15％Mo2％的抗磨铸铁，可代替很多合金钢，可作为叶轮、轧辊、衬板、磨球、压模等使用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是根据实施例4的实施方式，其配料经过变质处理，制得的铸态样品SEM照片。

图2是根据实施例4的实施方式，其配料经过变质处理后经过正火的金相照片。

图3是图2中箭头所指的位置1的SEM照片。

具体实施方式：

实施例1

质量百分比组成为：2.5％的C，0.5％的Si，1.2的Mn，1.3％的Ni，14％的Cr，0.4％的Mo，0.04％的P，0.02％的S。

生产工艺如下：

(1)配料：按照上述成分配料20kg装炉。

(2)熔化：采用25kg中频感应炉加热到1450℃使配料完全熔化。

(3)变质处理：完全熔化后加入0.5％的变质剂(变质剂成分：Re：40％，硅钙合金：15％，镁铁：15％，微量元素：3％)，进行变质处理。

(4)浇注，变质剂完全溶解于钢水中立即浇注，浇筑成楔形式样，磨具材料为特种钢。

(5)开模，在浇注后3分钟开模空冷。

(6)样品加工，切除冒口，余料经线切割后抛光处理加工为20×20×110的试样。

(7)热处理，氩气保护下，电阻炉加热到900℃保温2h空冷。

经上述工艺加工成的铸态样品组织，其硬度达到59～60HRC，其磨粒磨损量为0.1542(石英20-40目，沙子1.5Kg，水1.0Kg，压力40N，每分钟240转，共磨6000转)，冲击韧性达到11～12J/cm²

实施例2

质量百分比组成为：3.3％的C，2.5％的Si，1.8％的Mn，1.1％的Ni，15.7％的Cr，0.7％的Mo，0.02％的P，0.03％的S。

生产工艺如下：

(1)配料：按照上述成分配料20kg装炉。

(2)熔化：采用25kg中频感应炉加热到1500℃使配料完全熔化。

(3)变质处理：完全熔化后加入1％的变质剂(变质剂成分：Re：50％，硅钙合金：20％，镁铁：20％，微量元素：4％)，进行变质处理。

(4)浇注：变质剂完全溶解于钢水中立即浇注，浇筑成楔形式样，磨具材料为特种钢。

(5)开模：在浇注后4分钟开模空冷。

(6)样品加工：切除冒口，余料经线切割后抛光处理加工为20×20×110的试样。

(7)热处理：氩气保护下，电阻炉加热到950℃保温2h空冷。

经上述工艺加工成的正火态样品组织与实施例1相似，其性能为：硬度为62～63HRC，其磨粒磨损量为0.1606(石英20-40目，沙子1.5Kg，水1.0Kg，压力40N，每分钟240转，共磨6000转)，冲击韧性为9～10J/cm²。

实施例3

质量百分比组成为：2.7％的C，1.5％的Si，1.5的Mn，2.0％的Ni，16％的Cr，0.8％的Mo，0.02％的P，0.01％的S。

生产工艺如下；

(1)配料：按照上述成分配料20kg装炉。

(2)熔化：采用25kg中频感应炉加热到1550℃使配料完全熔化。

(3)变质处理：完全熔化后加入1.5％的变质剂(变质剂成分：Re：60％，硅钙合金：30％，镁铁：30％，微量元素：5％)，进行变质处理。

(5)开模：在浇注后5分钟开模空冷。

(7)热处理：氩气保护下，电阻炉加热到850℃保温2h空冷。

经上述工艺加工成的正火态样品组织与实施例1相似，其性能为：硬度为57～59HRC，其磨粒磨损量为0.1825(石英20-40目，沙子1.5Kg，水1.0Kg，压力40N，每分钟240转，共磨6000转)冲击韧性为8～9J/cm²。

实施例4

质量百分比组成为：2.6％的C，0.6％的Si，1.2的Mn，1.3％的Ni，14.5％的Cr，0.4％的Mo，0.01％的P，0.01％的S。

生产工艺如下：

(1)配料：按照上述成分配料20kg装炉。

(2)熔化：采用25kg中频感应炉加热到1550℃使配料完全熔化。

(5)开模：在浇注后5分钟开模空冷。

(7)热处理，氩气保护下，电阻炉加热到950℃保温2h空冷。

经上述工艺加工成的正火态样品组织与实施例1相似，其性能为：硬度为57～59HRC，其磨粒磨损量为0.1825(石英20-40目，沙子1.5Kg，水1.0Kg，压力40N，每分钟240转，共磨6000转)冲击韧性为8～9J/cm²。其配料经过变质处理，制得的铸态样品的SEM照片为图1，图2为配料经过变质处理后经过正火的金相照片。图3是图2中箭头所指的位置的SEM照片。

Claims

1.一种铬系变质耐磨铸铁，其质量百分比组成为：2.5～3.3％的C，0.5～2.5％的Si，1.2～1.8％的Mn，1.1～2.0％的Ni，14～16％的Cr，0.4～0.8％的Mo，P≤0.07％，S≤0.03％，余量为Fe。

2.一种制备权利要求1所述铬系变质耐磨铸铁的方法，其特征在于其制作工艺步骤为：配料、熔化、变质处理、浇注、开模、样品加工、热处理。

3.根据权利要求2所述的一种制备铬系变质耐磨铸铁的方法，其特征在于其变质处理是在配料熔化完成后，按顺序添加变质剂，变质剂完全溶入钢水中后立即浇注。

4.根据权利要求3所述的一种制备铬系变质耐磨铸铁的方法，其特征在于变质处理，所用变质剂的添加量是0.5～1.5％。

5.根据制备权利要求2所述的一种制备铬系变质耐磨铸铁的方法，其特征在于铸件的热处理：铸锭机加工为所需铸件后进行正火处理，加热到850～950℃保温，保温处理后，空冷。

6.根据权利要求书2到6任一所述的一种制备铬系变质耐磨铸铁的方法，其特征在于所制铸铁的组织结构为：细小条形碳化物和以亚微米级颗粒碳化物析出物为特征的奥氏体低温转变产物。

7.根据权利要求2至5任一所述的一种制备铬系变质耐磨铸铁的方法，其特征在于所铸铸铁其性能为：硬度为57～63HRC，冲击韧性为8～12J/cm²。