CN102560232A - 一种用于渣浆泵叶片的亚共晶高铬铸铁及热处理加工工艺 - Google Patents

Abstract

一种用于渣浆泵叶片的亚共晶高铬铸铁及热处理加工工艺，该铸铁的化学成分按重量百分比为：C2.6~2.8％、Cr26~32％、Si0.5~0.7％、Mn0.3~0.6％、Ni0.2~0.4％、Mo0.1~0.2％、Cu0.02~0.04％、P≤0.05％、S≤0.05％、余量为Fe。其热处理工艺是对此铸铁在电炉中进行熔炼、采用了Re—V—Ti—Bi—Mg复合变质剂对铁液进行复合变质处理、抛丸处理、去应力退火、机械加工、淬火+回火工艺，可使碳化物的形态变为弥散分布的团块状，从而降低对基体材料的割裂作用，可以得到高性能、长寿命的渣浆泵叶轮产品。

Description

一种用于渣浆泵叶片的亚共晶高铬铸铁及热处理加工工艺

技术领域

本发明涉及渣浆泵叶片制造领域专用的亚共晶高铬铸铁及热处理加工工艺。

背景技术

渣浆泵广泛应用于电力、煤矿和冶金等行业，用来输送含有硬质颗粒的固液混合物。渣浆泵产品中，大部分是离心式渣浆泵，其工作原理和离心式清水泵的工作原理是一样的。渣浆泵的工作介质为含有一定粒径、硬度和浓度的固体物料与水组成的固液混合物，如泥浆、矿浆和砂浆等，其过流件叶轮在这种高速运动的固液混合物的环境下工作，不但要承受物料的冲刷磨损，而且还要承受浆料的腐蚀作用，工况条件极为恶劣。磨损严重是渣浆泵长期存在的最大难题，也是国内外科研的主要方向。特别是对于较大粒径具有尖角的硬质颗粒的工作介质，泵过流件的磨损更加突出，过流件的使用寿命十分短暂。以广西车河选矿厂为例，渣浆泵叶轮的使用寿命只有一个星期左右，仅更换过流件，该厂每年的费用高达200万以上。

目前国内外研究和开发的过流件耐磨材料种类很多，渣浆泵常用的耐磨材料主要有三类：高铬铸铁和镍硬铸铁、橡胶和陶瓷材料以及复合材料。其中高铬铸铁运用得最为广泛，被誉为“第三代金属抗磨材料”，具有优良的抗磨性能，多用于浆体中含有粗大且尖锐的选矿和矿石加工业。但是虽然普通高铬白口铸铁有很高的耐磨性，但其韧性较差，在承受大颗粒固体颗粒高速冲刷时容易造成叶轮表面材料的脱落，在断面上容易因腐蚀而形成凹坑。目前这种渣浆泵叶轮主要采用进口。比如华锡集团的车河选矿厂所用叶轮就是从澳大利亚WARMAN公司进口的高铬铸铁叶轮。

发明内容

本发明的目的是提供一种渣浆泵叶片的亚共晶高铬铸铁及热处理加工工艺；该高铬铸铁具有良好的耐磨性和冲击韧性，可有效应用于2.5mm以上直径具有尖角的矿料及矿浆质量浓度超过30%质量比的工况条件，能完全取代进口的WARMAN泵叶片。

本发明主要是研制出一种亚共晶高铬铸铁及热处理加工工艺，其成分的质量百分比组成：C2.6~2.8％、Cr26~30％、Si0.5~0.7％、Mn0.3~0.6％、Ni0.2~0.4％、Mo0.1~0.2％、Cu0.02~0.04％、P≤0.05％、S≤0.05％、余量为Fe。

该高铬铸铁的热处理加工工艺如下：

1) 熔炼：先用废弃钢、硅含量较低的生铁、高碳锰铁、电解铜、纯镍加入到电炉中熔炼，温度升至1500~1600度。出炉温度为1440~1480度。浇注温度为1380~1420度。

2) 变质处理：采用Re—V—Ti—Bi—Mg复合变质剂对铁液进行复合变质。复合变质剂总质量分数为1.2~2.1%。其中Re占质量分数为0.6~1.0%，V占0.1~0.2%，Ti占0.2~0.4%，Bi占0.1~0.2%，Mg占0.2-0.3%。

由于含稀土和镁的变质剂烧损问题比较突出。铁液温度较高，孕育和变质处理后铁液离凝固间隔时间较久，都将使孕育剂和变质剂中稀土和镁的烧损率提高，进而降低了变质效果。因此采用随流法在浇注过程中加入。

3）抛丸处理：对叶片进行表面清理和强化。

4）去应力退火：200~280度下进行去应力退火4小时。然后用机械加工方法加工出中心安装孔。

5) 淬火+回火：采用阶梯加热方式加热到1050度进行淬火，保温4~6小时。其中200度1.5小时，350度1.5小时，450度1.5小时，650度2小时，850度2小时，1050度4~6小时，然后用275度6小时回火。采用水基有机高聚物作为淬火介质。最终得到马氏体+弥散分布的团块状碳化物+少量残余奥氏体。

相对于以往常规采用的普通高铬铸铁不同，本发明特点是采用了Re—V—Ti—Bi—Mg复合变质剂对铁液进行复合变质。复合变质剂总质量分数为1.2~2.1%。其中Re占质量分数为0.6~1.0%，V占0.1~0.2%，Ti占0.2~0.4%，Bi占0.1~0.2%，Mg占0.2-0.3%。

其变质机理是：①稀土为非碳化物形成元素，在凝固过程中通过溶质元素再分配而富集在碳化物结晶前沿的液体中，提高了碳化物的形核率。②稀土元素与铁液中的S、O均有较大的亲和力，能净化铁液。③生成的大量稀土高熔点化合物及脱S去O形成的夹杂可作为初生碳化物的晶核基底，形成异质晶核，使晶核数增加，进而细化。④稀土元素会吸附在碳化物和奥氏体晶粒生长的前沿，在碳化物的不同晶面上进行选择性吸附，优先吸附在位能较高及生长较快的晶面上，降低了碳化物在择优长大方向的长大速度，使碳化物由长条状有方向性的生长向短条状、团块状无方向性排列转化。

钒、钛等可以形成弥散分布的碳、氮化合物，能阻碍晶粒长大，从而细化晶粒。其中V、Ti比例为1：2。铋的加入是提高变质剂表面活性。

Mg的熔点低，是强烈的成分过冷元素，提高了碳化物的形核率，使初生碳化物细化。当变质剂加入之后，Mg首先会吸附在[0001]面的孪晶沟槽和层错中，抑制碳化物的长大，变质后初生碳化物尺寸急剧减少。Mg与S、O也有极大的亲和力，可去除合金中的S和O，有净化铁液的作用，避免了晶粒粗大。Mg还是表面活性元素，它偏聚于晶界或相界并能与Cr、Mo等原子半径相近的元素共同形成合金碳化物。

这样使得在铸造过程中，由于变质剂可以细化基体，另外稀土元素偏聚、吸附在碳化物择优长大的方向上，可使碳化物的形态由目前较多的长条形转为弥散分布的团块状，从而降低对基体材料的割裂作用，提高叶轮的冲击韧性和耐磨性。

对于具有主要是2.5mm以上直径及尖角的矿料，矿浆质量浓度超过30%质量比的工况条件，能完全取代进口的WARMAN泵叶片。

下面结合实施例进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1：

按质量百分比含量分别为组分的重量百分比为：C2.7％、Cr26.5％、Si0.6％、Mn0.4％、Ni0.3％、Mo0.15％、Cu0.03％、P0.02％、S0.02％、余量为Fe。

1) 熔炼：先用废弃钢、硅含量较低的生铁、高碳锰铁、电解铜、纯镍加入到电炉中熔炼，温度升至1550度。出炉温度为1460度。浇注温度为1400度。

2) 变质处理：采用Re—V—Ti—Bi—Mg复合变质剂对铁液进行复合变质。复合变质剂总质量分数为1.4%。其中Re占质量分数为0.8%，V占0.1%，Ti占0.2%，Bi占0.1%，Mg占0.2%。变质剂采用随流法在浇注过程中加入。

3）抛丸处理：对叶片进行表面清理和强化。

4）去应力退火：220度下进行去应力退火4小时。然后用机械加工方法加工出中心安装孔。

5) 淬火+回火：采用阶梯加热方式加热到1050度进行淬火，保温5小时。其中200度1.5小时，350度1.5小时，450度1.5小时，650度2小时，850度2小时，1050度5小时，然后用275度6小时回火。采用水基有机高聚物作为淬火介质。最终得到马氏体+弥散分布的团块状碳化物+少量残余奥氏体。

实施例2：

按质量百分比含量分别为组分的重量百分比为：C2.6％、Cr28％、Si0.5％、Mn0.3％、Ni0.2％、Mo0.1％、Cu0.02％、P0.03％、S0.03％、余量为Fe。

1) 熔炼：先用废弃钢、硅含量较低的生铁、高碳锰铁、电解铜、纯镍加入到电炉中熔炼，温度升至1500度。出炉温度为1440度。浇注温度为1380度。

2) 变质处理：采用Re—V—Ti—Bi—Mg复合变质剂对铁液进行复合变质。复合变质剂总质量分数为1.2%。其中Re占质量分数为0.6%，V占0.1%，Ti占0.2%，Bi占0.1%，Mg占0.2%。变质剂采用随流法在浇注过程中加入。

3）抛丸处理：对叶片进行表面清理和强化。

4）去应力退火：200度下进行去应力退火4小时。然后用机械加工方法加工出中心安装孔。

5) 淬火+回火：采用阶梯加热方式加热到1050度进行淬火，保温4小时。其中200度1.5小时，350度1.5小时，450度1.5小时，650度2小时，850度2小时，1050度4小时，然后用275度6小时回火。采用水基有机高聚物作为淬火介质。最终得到马氏体+弥散分布的团块状碳化物+少量残余奥氏体。

实施例3：

按质量百分比含量分别为组分的重量百分比为：C2.8％、Cr30％、Si0.7％、Mn0.6％、Ni0.4％、Mo0.2％、Cu0.04％、P0.04％、S0.04％、余量为Fe。

1) 熔炼：先用废弃钢、硅含量较低的生铁、高碳锰铁、电解铜、纯镍加入到电炉中熔炼，温度升至1600度。出炉温度为1480度。浇注温度为1420度。

2) 变质处理：采用Re—V—Ti—Bi—Mg复合变质剂对铁液进行复合变质。复合变质剂总质量分数为2.0%。其中Re占质量分数为0.9%，V占0.2%，Ti占0.4%，Bi占0.2%，Mg占0.3%。变质剂采用随流法在浇注过程中加入。

3）抛丸处理：对叶片进行表面清理和强化。

4）去应力退火：280度下进行去应力退火4小时。然后用机械加工方法加工出中心安装孔。

5) 淬火+回火：采用阶梯加热方式加热到1050度进行淬火，保温6小时。其中200度1.5小时，350度1.5小时，450度1.5小时，650度2小时，850度2小时，1050度5小时，然后用275度6小时回火。采用水基有机高聚物作为淬火介质。最终得到马氏体+弥散分布的团块状碳化物+少量残余奥氏体。

Claims (3)

1.一种用于渣浆泵叶片的亚共晶高铬铸铁，其特征在于，由以下质量百分比含量组分组成： C2.6~2.8％、Cr26~30％、Si0.5~0.7％、Mn0.3~0.6％、Ni0.2~0.4％、Mo0.1~0.2％、Cu0.02~0.04％、P≤0.05％、S≤0.05％、余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的用于渣浆泵叶片的亚共晶高铬铸铁，其特征在于，由以下质量百分比含量组分组成：C2.7％、Cr28％、Si0.6％、Mn0.45％、Ni0.3％、Mo0.15％、Cu0.03％、P0.02％、S0.02％、余量为Fe。

3.权利要求1所述的亚共晶高铬铸铁的热处理加工工艺，其特征在于，包括以下步骤： 

1) 熔炼：先用废弃钢、硅含量较低的生铁、高碳锰铁、电解铜、纯镍加入到电炉中熔炼，温度升至1500~1600度，出炉温度为1440~1480度，浇注温度为1380~1420度；

2) 变质处理：采用Re—V—Ti—Bi—Mg复合变质剂对铁液进行复合变质，复合变质剂总质量分数为1.2~2.1%，其中Re占质量分数为0.6~1.0%，V占0.1~0.2%，Ti占0.2~0.4%，Bi占0.1~0.2%，Mg占0.2-0.3%，变质剂采用随流法在浇注过程中加入；

3）抛丸处理：对叶片进行表面清理和强化；

4）去应力退火：200~280度下进行去应力退火4小时，然后用机械加工方法加工出中心安装孔；

5) 淬火+回火：采用阶梯加热方式加热到1050度进行淬火，保温4~6小时，其中200度1.5小时，350度1.5小时，450度1.5小时，650度2小时，850度2小时，1050度4~6小时，然后用275度6小时回火，采用水基有机高聚物作为淬火介质，最终得到马氏体+弥散分布的团块状碳化物+少量残余奥氏体。