CN103409681B

CN103409681B - 高铬铸铁、由其制成的薄壁管件及该薄壁管件的制备方法

Info

Publication number: CN103409681B
Application number: CN201310367195.9A
Authority: CN
Inventors: 刘延斌; 李飞; 杨伟
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: CN103409681A

Abstract

本发明公开了一种高铬铸铁、由其制成的薄壁管件及该薄壁管件的制备方法。其中，高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：2.7%～3.4%，Cr：23%～32%，Mo：0.2%～0.4%，Ni：0.1%～0.3%，V：0.6%～1.1%，Mn：0.3%～0.5%，Si：0.8%～1.1%，P：≤0.05%，S：≤0.05%，以及余量的Fe；其中，Cr和C含量满足公式：4.2%≤[C]wt.%+0.0474×[Cr]wt.%≤4.5%。利用本发明提供的原料组分配比制备的高铬铸铁制得高铬铸铁薄壁管件，成品率高，且耐磨性能好，使得高铬铸铁的耐磨性能在薄型管件中充分发挥作用。

Description

高铬铸铁、由其制成的薄壁管件及该薄壁管件的制备方法

技术领域

本发明涉及耐磨金属材料技术领域，具体而言，涉及一种高铬铸铁、由其制成的薄壁管件及该薄壁管件的制备方法。

背景技术

弯管是混凝土泵送管路的重要组成部分，由于工况恶劣，在使用过程中很容易发生磨损失效，从而严重影响泵送效率和增加维护成本。其中，双层弯管是目前正在大力推广使用的此类产品，主要包括高抗磨性的内管和具有较好韧性的外管，耐磨内管性能的好坏直接决定了弯管的使用寿命。

高铬铸铁是近年来发展起来的一种抗磨性能优异的耐磨材料。采用高铬铸铁制作双层弯管内胆将有利于提升双层弯管性能。但是，双层弯管内管属薄壁管件，铸造难度高，对合金成分和铸造工艺要求高，制定合理的铸造工艺和选用合适的化学成分是生产出质量合格管件的关键。高铬铸铁的抗磨损组织主要包括（Cr，Fe）₇C₃型碳化物和奥氏体或其转变产物所组成。（Cr，Fe）₇C₃型碳化物包括初生粗大碳化物、共晶碳化物和二次碳化物三类，奥氏体或其转变产物包括铁素体，珠光体，奥氏体，马氏体四类。根据特定的工况要求，通过选定合适的合金成分、铸造工艺、热处理工艺对于获得最佳匹配的抗磨组织十分重要。

由于高铬铸铁中碳化物体积分数大，现有技术中一般采用空淬的方法来降低铸件开裂倾向。而对于薄壁管件，批量空淬热处理时，热量易集中导致散热缓慢，铸件性能恶化，淬火的成品率低，淬火热处理很难进行，这就限制了高铬铸铁材料在双层弯管制作中的广泛使用。

发明内容

本发明旨在提供一种高铬铸铁、由其制成的薄壁管件及该薄壁管件的制备方法，以解决现有技术中的高铬铸铁薄型管件铸造难度高和批量淬火热处理很难进行从而使高铬铸铁在双层弯管制作中难以广泛使用的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高铬铸铁。该高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：2.7%～3.4%，Cr：23%～32%，Mo：0.2%～0.4%，Ni：0.1%～0.3%，V：0.6%～1.1%，Mn：0.3%～0.5%，Si：0.8%～1.1%，P：≤0.05%，S：≤0.05%，以及余量的Fe；其中，Cr和C含量满足公式：4.2%≤[C]wt.%+0.0474×[Cr]wt.%≤4.5%。

进一步地，高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：3.1wt%，Cr：26wt%，Mo：0.3wt%，Ni：0.2wt%，V：0.8wt%，Mn：0.4wt%，Si：1wt%，P：≤0.05wt%，S：≤0.05wt%以及余量的Fe。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种薄壁管件。该薄壁管件的材质为上述高铬铸铁。

进一步地，薄壁管件通过消失模铸造成型工艺、有机淬火液进行淬火制得。

进一步地，薄壁管件为用于混凝土输送的双层弯管的内管。

根据本发明的另一个方面，提供一种上述薄壁管件的制备方法。该制备方法包括以高铬铸铁为原料制备薄壁管件，高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：2.7%～3.4%，Cr：23%～32%，Mo：0.2%～0.4%，Ni：0.1%～0.3%，V：0.6%～1.1%，Mn：0.3%～0.5%，Si：0.8%～1.1%，P：≤0.05%，S：≤0.05%，以及余量的Fe；其中，Cr和C含量满足公式：4.2%≤[C]wt.%+0.0474×[Cr]wt.%≤4.5%。

进一步地，该制备方法包括以下步骤：S1，将高铬铸铁的原料组分进行熔炼，采用消失模铸造成型后得初级薄壁管件；S2，将初级薄壁管件加热处理后淬入有机淬火液进行淬火后得到薄壁管件。

进一步地，步骤S2中的加热处理的温度为1000℃～1150℃，时间为1～3小时。

进一步地，有机淬火液由质量百分含量为10%～20%的聚酰胺类聚合物和水组成。

进一步地，高铬铸铁的原料组分在中频感应炉中进行熔炼，待全部熔化后进行除渣和脱氧，控制出炉温度1450～1550℃。

进一步地，消失模铸造成型包括以下步骤：采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，浇注时温度为1350～1450℃，负压不高于0.03Mpa；以及浇注完成后10～20分钟去除真空，90～120分钟进行落砂。

应用本发明的技术方案，利用本发明提供的原料组分配比制备的高铬铸铁制得高铬铸铁薄壁管件，成品率高，且耐磨性能好，解决了现有技术中的高铬铸铁薄型管件铸造难度高和批量淬火热处理很难进行从而使高铬铸铁在双层弯管制作中难以广泛使用的技术问题，使得高铬铸铁的耐磨性能在薄型管件中，特别是用于混凝土输送的双层弯管的内管中充分发挥作用，极大地提高双层弯管的使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例1的铸件中的二次碳化物分布图；

图2示出了根据本发明实施例1的铸件的XRD物相分析。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种高铬铸铁。该高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：2.7%～3.4%，Cr：23%～32%，Mo：0.2%～0.4%，Ni：0.1%～0.3%，V：0.6%～1.1%，Mn：0.3%～0.5%，Si：0.8%～1.1%，P：≤0.05%，S：≤0.05%，以及余量的Fe；其中，Cr和C含量满足公式：4.2%≤[C]wt.%+0.0474×[Cr]wt.%≤4.5%。

根据本发明提供的原料组分配比制备的高铬铸铁，制成薄型管件后进行热处理及淬火的成品率更高，且耐磨性能更好，解决了现有技术中的高铬铸铁薄型管件铸造难度高和批量淬火热处理很难进行从而使高铬铸铁在双层弯管制作中难以广泛使用的技术问题，使得高铬铸铁的耐磨性能在薄型管件中，特别是用于混凝土输送的双层弯管的内管中充分发挥作用，极大地提高双层弯管的使用寿命。

优选地，高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：3.1wt%，Cr：26wt%，Mo：0.3wt%，Ni：0.2wt%，V：0.8wt%，Mn：0.4wt%，Si：1wt%，P：≤0.05wt%，S：≤0.05wt%以及余量的Fe。

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种薄壁管件，该薄壁管件的材质为上述高铬铸铁。

优选地，薄壁管件通过消失模铸造成型工艺、有机淬火液进行淬火制得，这样也可以提高高铬铸铁薄壁管件的成品率高。

根据本发明一种典型的实施方式，薄壁管件可以为用于混凝土输送的双层弯管的内管。

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种上述薄壁管件的制备方法。该制备方法以高铬铸铁为原料制备所述薄壁管件，该高铬铸铁的原料组分按重量百分比如下：C：2.7%～3.4%，Cr：23%～32%，Mo：0.2%～0.4%，Ni：0.1%～0.3%，V：0.6%～1.1%，Mn：0.3%～0.5%，Si：0.8%～1.1%，P：≤0.05%，S：≤0.05%，以及余量的Fe；其中，Cr和C含量满足公式：4.2%≤[C]wt.%+0.0474×[Cr]wt.%≤4.5%。根据本发明提供的原料组分配比制备的高铬铸铁，制成薄型管件后进行热处理及淬火的成品率更高，且耐磨性能更好。

优选地，该制备方法包括以下步骤：S1，将高铬铸铁的原料组分进行熔炼，采用消失模铸造成型后得初级薄壁管件；S2，将初级薄壁管件加热处理后淬入有机淬火液进行淬火后得到薄壁管件。采用根据本发明提供的制备方法，可以将高铬铸铁用于薄壁管件的制造中，使得高铬铸铁的耐磨性能在薄壁管件中，特别是用于混凝土输送的双层弯管的内管中充分发挥作用，极大地提高双层弯管的使用寿命。

优选地，S2步骤中的加热处理的温度为1000℃～1150℃，时间为1～3小时，有利于薄壁管件性能的进一步提高。

本发明中的有机淬火液可以采用PAG淬火液（聚烷撑二醇（Polyaleneglycol）聚合物加添加剂中的水溶剂的水溶性淬火介质）、PVA（聚乙烯醇）淬火液、PAM（聚丙烯酰胺）淬火液，优选地，有机淬火液由质量百分含量为10%～20%的聚酰胺类聚合物和水组成。

优选地，高铬铸铁的原料组分在中频感应炉中进行熔炼，待全部熔化后进行除渣和脱氧，控制出炉温度1450～1550℃。该步骤操作安全性高，控制方便，原料熔炼损耗率较小，成分控制偏差较小。本发明铸件的成型方法可以采用覆膜砂铸造，蜡模铸造等方法，优选地，铸造成型为消失模铸造成型。优选地，消失模铸造成型包括以下步骤：采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，浇注时温度为1350-1450℃，负压不高于0.03Mpa；浇注完成后10～20分钟去除真空，90～120分钟进行落砂。

下面将结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

S1，将原料组分（C：3.1wt%，Cr：24wt%，Mo：0.4wt%，Ni：0.3wt%，V：0.6wt%，Mn：0.3wt%，Si：0.8wt%，P：≤0.05wt%，S：≤0.05wt%以及余量的Fe）在中频感应熔炼炉中进行熔炼，消失模铸造成型后得初级铸件；

原料组分在中频感应炉中进行熔炼，待全部熔化后进行除渣和脱氧，控制出炉温度1450℃；采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，浇注时温度为1350℃，负压0.03Mpa；浇注完成后15分钟去除真空，90分钟进行落砂。

S2，将初级铸件加热到1050℃保温1.5小时，然后淬入有机淬火液进行淬火后得到铸件。

其中，铸件为用于混凝土输送的双层弯管的内管,有机淬火液由质量百分含量为10%的聚酰胺类聚合物和水组成。

成品率及性能指标测试结果：

1）热处理及淬火的成品率97%。

2）高铬铸铁硬度：63HRC，冲击韧性：7J/cm²。

3）本实施例的弯管使用寿命长，混凝土泵车倒数第二弯使用寿命超过3万方。

高铬铸铁中的碳化物分为：初生碳化物，共晶碳化物，二次碳化物。初生碳化物，共晶碳化物，是铸造过程中形成的，二次碳化物是热处理过程中形成的。如图1所示，本实施例的铸件中的二次碳化物析出充分弥散。图2中使出了本实施例的铸件的XRD物相分析表明图，此图表明马氏体含量较高。

图1和图2说明，通过本发明的热处理，既可以在基体中获得密度较高分布弥散的二次碳化物，又可以使基体获得体积分数较多的马氏体，而这两种组织均可提高高铬铸铁的耐磨性能。以下实施例的铸件中的二次碳化物的分布及XRD物相与本实施例相似。

实施例2

S1，将原料组分（C：3.2wt%，Cr：27wt%，Mo：0.4wt%，Ni：0.3wt%，V：1.1wt%，Mn：0.3wt%，Si：0.8wt%，P：≤0.05wt%，S：≤0.05wt%以及余量的Fe）在中频感应熔炼炉中进行熔炼，消失模铸造成型后得初级铸件；

原料组分在中频感应炉中进行熔炼，待全部熔化后进行除渣和脱氧，控制出炉温度1500℃；采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，浇注时温度为1400℃，负压0.025Mpa；浇注完成后15分钟去除真空，120分钟进行落砂。

S2，将初级铸件加热到1150℃保温2.5小时，然后淬入有机淬火液进行淬火后得到铸件。

其中，铸件为用于混凝土输送的双层弯管的内管,有机淬火液由质量百分含量为15%的聚酰胺类聚合物和水组成。

成品率及性能指标测试结果：

1）热处理及淬火的成品率95%。

2）高铬铸铁硬度：67HRC，冲击韧性：5J/cm²。

3）本实施例的弯管使用寿命长，混凝土泵车倒数第二弯使用寿命超过3.5万方。

实施例3

S1，将原料组分（C：3.1wt%，Cr：26wt%，Mo：0.3wt%，Ni：0.2wt%，V：0.8wt%，Mn：0.4wt%，Si：1wt%，P：≤0.05wt%，S：≤0.05wt%以及余量的Fe）在中频感应熔炼炉中进行熔炼，消失模铸造成型后得初级铸件；

原料组分在中频感应炉中进行熔炼，待全部熔化后进行除渣和脱氧，控制出炉温度1550℃；采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，浇注时温度为1450℃，负压0.03Mpa；浇注完成后20分钟去除真空，120分钟进行落砂。

S2，将初级铸件加热到1100℃保温2小时，然后淬入有机淬火液进行淬火后得到铸件。

其中，铸件为用于混凝土输送的双层弯管的内管,有机淬火液由质量百分含量为20%的聚酰胺类聚合物和水组成。

成品率及性能指标测试结果：

1）热处理及淬火的成品率98%。

2）高铬铸铁硬度：65HRC，冲击韧性：5.5J/cm²。

对比例

市售的铸铁薄壁管件，经测定其成分组成为（C：2.2wt%，Cr：5wt%，Mo：1.0wt%，Ni：3.8wt%，V：0.2wt%，Mn：2.0wt%，Si：1.0wt%，Cu：0.15wt%，P：≤0.05wt%，S：≤0.05wt%以及余量的Fe）

性能指标测试结果：

1）铸铁硬度：58～61HRC，冲击韧性：3～6J/cm²。

2）弯管使用寿命长，混凝土泵车倒数第二弯使用寿命低于1.5万方。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过消失模铸造成型工艺、有机淬火液进行淬火制得高铬铸铁薄壁管件，成品率高，且耐磨性能好，解决了现有技术中的高铬铸铁薄型管件铸造难度高和批量淬火热处理很难进行从而使高铬铸铁在双层弯管制作中难以广泛使用的技术问题，使得高铬铸铁的耐磨性能在薄型管件中，特别是用于混凝土输送的双层弯管的内管中充分发挥作用，极大地提高双层弯管的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高铬铸铁，其特征在于，所述高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：2.7％～3.4％，Cr：23％～32％，Mo：0.2％～0.4％，Ni：0.1％～0.3％，V：0.6％～1.1％，Mn：0.3％～0.5％，Si：0.8％～1.1％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，以及余量的Fe；其中，Cr和C含量满足公式：4.2％≤[C]wt.％+0.0474×[Cr]wt.％≤4.5％。

2.根据权利要求1所述的高铬铸铁，其特征在于，所述高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：3.1wt％，Cr：26wt％，Mo：0.3wt％，Ni：0.2wt％，V：0.8wt％，Mn：0.4wt％，Si：1wt％，P：≤0.05wt％，S：≤0.05wt％以及余量的Fe。

3.一种薄壁管件，其特征在于，所述薄壁管件的材质为权利要求1或权利要求2所述的高铬铸铁。

4.根据权利要求3所述的薄壁管件，其特征在于，所述薄壁管件通过消失模铸造成型工艺、有机淬火液进行淬火制得。

5.根据权利要求3所述的薄壁管件，其特征在于，所述薄壁管件为用于混凝土输送的双层弯管的内管。

6.一种如权利要求3至5中任一项所述的薄壁管件的制备方法，其特征在于，以高铬铸铁为原料制备所述薄壁管件，所述高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：2.7％～3.4％，Cr：23％～32％，Mo：0.2％～0.4％，Ni：0.1％～0.3％，V：0.6％～1.1％，Mn：0.3％～0.5％，Si：0.8％～1.1％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，以及余量的Fe；其中，Cr和C含量满足公式：4.2％≤[C]wt.％+0.0474×[Cr]wt.％≤4.5％。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高铬铸铁的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：3.1wt％，Cr：26wt％，Mo：0.3wt％，Ni：0.2wt％，V：0.8wt％，Mn：0.4wt％，Si：1wt％，P：≤0.05wt％，S：≤0.05wt％以及余量的Fe。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将所述高铬铸铁的原料组分进行熔炼，采用消失模铸造成型后得初级薄壁管件；

S2，将所述初级薄壁管件加热处理后，淬入有机淬火液进行淬火后得到所述薄壁管件。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述S2中的加热处理的温度为1000℃～1150℃，时间为1～3小时。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述有机淬火液由质量百分含量为10％～20％的聚酰胺类聚合物和水组成。

11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述高铬铸铁的原料组分在中频感应炉中进行熔炼，待全部熔化后进行除渣和脱氧，控制出炉温度1450～1550℃。

12.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述消失模铸造成型包括以下步骤：

采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，浇注时温度为1350～1450℃，负压不高于0.03MPa；以及

浇注完成后10～20分钟去除真空，90～120分钟进行落砂。