CN103422011A

CN103422011A - 高铬耐磨耗铸铁

Info

Publication number: CN103422011A
Application number: CN2012105725357A
Authority: CN
Inventors: 德永宏治; 长谷川守
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-12-04
Also published as: JP2013237904A; JP5945935B2

Abstract

本发明涉及一种高铬耐磨耗铸铁。以往的马氏体的高铬铸铁由于伴随着铸件制品的厚度增加而需要增加作为高价元素的Mo，所以从节省资源、成本的观点考虑，存在问题。另外，为了以直至铸件制品内部都成为均匀硬度的方式进行淬火，存在无法减少Mo的问题。本发明的高铬耐磨耗铸铁，以质量%计，C为3.0～3.4%、Si为0.3～1.0%、Mn为0.5～1.2%、Cr为16～20%、Mo为0.3～1.0%、Ni为5×Mo%≥Ni%≥2×Mo%，且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，制品厚度为1～6英寸。进而，更优选地，通过加热保持在1025～1075℃的淬火温度后，进行空冷淬火，从而使铸件表面和内部的硬度为HRC62～67。

Description

高铬耐磨耗铸铁

技术领域

本发明涉及被用于矿山、碎石、水泥等行业界中的各种破碎机、破碎原料的输入输出生产线等机械装置的高铬耐磨耗铸铁，更详细而言，涉及考虑了马氏体的高铬铸铁中的铸件制品的厚度的影响和成本的合金组成、热处理条件的最优化。

背景技术

通常，高铬铸铁大致区分成以质量%计，含有12～23%的铬且基础成分为马氏体的高铬铸铁和含有24～28%的铬且基础成分为奥氏体的高铬铸铁。

奥氏体的高铬铸铁具有如下特征：大量含有铬的碳化物，基础成分的大部分为韧性高的奥氏体，因此可兼具优异的耐磨耗性和耐冲击性。但是，就作为原材料的一般的铬铁而言，含有4～8%Si的高Si铬铁为世界的主流，由于如果要增加铬，则Si超过目标成分（最大1%左右），所以需要使用作为不锈钢原料的高价的低Si铬铁，从成本和原料的稳定确保的观点考虑存在问题。

另一方面，由于马氏体的高铬铸铁可以使用上述高Si铬铁，所以铬量的调整容易，但如果铸件制品的厚度增大，则变得难以充分淬火直至内部。通常，在铸件制品的厚度（厚度最大的部分）大概低于1英寸的情况下，由于淬火时的铸件制品表面与内部（中心部）的冷却速度之差小，所以表面与内部的硬度之差小，可得到硬度均匀的铸件制品。但是，如果铸件制品的厚度大概超过1英寸，进而厚度增大，则存在如下问题：由于内部的冷却速度降低，所以淬火（马氏体相变）变得不充分，残留奥氏体、托氏体等软质组织混杂，内部的硬度大幅降低。因此，为了解决这种问题，需要添加提高淬火性的效果高的Mo、Ni等高价的合金元素。

在此，如果对于Cr、Mo、Ni比较以成为相同质量%的方式添加合金元素时的材料成本，则Mo为Cr的约10倍，Ni为Cr的约4倍。因此，Mo虽然提高淬火性的效果极高，但为最高价的元素，存在材料成本增大这样的问题。

另外，由于高铬铸铁在被暴露于由各种矿石、岩石等所致的过于苛刻的磨耗条件的部件中使用，所以对马氏体的高铬铸铁，通常要求HRC62以上的硬度。但是，如上所述，如果铸件制品的厚度增大，则不仅表面与内部的硬度之差扩大，而且表面的硬度也降低，因此考虑了铸件制品的厚度影响的合金组成、热处理条件的最优化是重要的。应予说明，对于马氏体的高铬铸铁而言，为了使表面硬度达到HRC62～67左右的范围，可以调整合金组成和淬火的处理条件来控制，但存在为了使内部的硬度可靠地达到HRC62以上而必须大量添加作为高价元素的Mo的问题。

进而，在以质量%计含有12～23%的铬且基础成分为马氏体的高铬铸铁中，对于铬的含量较低的12～15%铬铸铁而言，存在产生被称为“内部孔隙（Porosity）”的因凝固收缩引起的铸造缺陷的问题。

应予说明，关于高铬铸铁的合金组成，被规定在ASTM-A532标准“Standard Specification for Abrasion Resistant Cast Iron”中，但标准中没有关于制品尺寸（厚度）和合金组成的记载。

关于制品尺寸（厚度）和组成，记载在J.R.Davis，“Cast Irons”（第2版，1996年，ASM）中。在该文献中认为在18～23%铬铸铁中，使Mo为1～2%，在需要进一步提高淬火性的情况下，最大添加1.2%的（Ni＋Cu）。另外，（Ni＋Cu）由于残留奥氏体增加，所以最大被设为1.2%，作为用于提高淬火性的合金元素，终归还是推荐以Mo为主体的组成。具体而言，3.2%C的情况下，推荐

·到厚度2英寸为止：1.5%Mo

·到厚度5英寸为止：2.0%Mo＋0.7%（Ni＋Cu）

·厚度6～10英寸：2.0%Mo＋1.2%（Ni＋Cu）。

另外，记载了淬火的推荐温度为950～1010℃。

非专利文献1：J.R.Davis，“Cast Irons”（第2版，1996年，ASM）

发明内容

本发明的高铬耐磨耗铸铁为即便在马氏体的高铬铸铁中耐磨耗性、韧性、铸造性也优异的16～20%铬铸铁，特别为考虑了铸件制品的厚度影响和成本的合金组成以及热处理条件被最优化的高铬耐磨耗性铸铁。本发明的目的在于，减少为了提高淬火性而最常添加且为最高价元素的Mo，实现节省资源、降低成本，并且通过以直至铸件制品的内部都可成为均匀硬度的方式进行淬火，从而提高铸件制品的耐久性。

本发明的第1方式的高铬耐磨耗铸铁，其特征在于，以质量%计，C为3.0～3.4%、Si为0.3～1.0%、Mn为0.5～1.2%、Cr为16～20%、Mo为0.3～1.0%、Ni为5×Mo%≥Ni%≥2×Mo%，且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，制品厚度为1～6英寸。

本发明的第2方式的高铬耐磨耗铸铁，其特征在于，将第1方式的高铬耐磨耗铸铁加热保持在1025～1075℃的淬火温度后，进行空冷淬火。

应予说明，作为空冷淬火的冷却方法，优选利用风扇等惯用方法进行强制空冷。另外，在为形状复杂的制品的情况下，可以在适当的低温下实施回火处理。回火优选在150～280℃左右的温度实施。进而，保持在淬火温度的时间根据制品的厚度适当地设定即可。

对于本发明的第1方式的高铬耐磨耗铸铁而言，C为影响硬度和耐磨耗性的重要元素，由于低于3.0%时，形成的碳化物的量少，得不到所希望的硬度，而如果超过3.4%，则韧性降低，所以设为3.0～3.4%的范围。另外，Si在确保脱氧和熔体流动性的方面是重要的元素，由于低于0.3%时，脱氧效果不充分、铸造性差，且铸件制品内部的气体缺陷增加，而如果超过1.0%，则淬火性降低而得不到所希望的硬度，韧性也降低，所以设为0.3～1.0%的范围。进而，Mn与Si同样，是熔体脱氧所必需的元素，低于0.5%时，脱氧效果不充分，而如果超过1.2%，则残留奥氏体增加而硬度降低，所以设为0.5～1.2%的范围。而且，Cr在形成高硬度的碳化物而确保耐磨耗性的方面是重要的元素，由于低于16%时，被称为“内部孔隙”的铸造缺陷增加，难以制造完好的铸件，而如果超过20%，则形成过共晶组织而韧性降低，所以设为16～20%的范围。

另外，Mo为提高淬火性的效果最高的元素，通常根据铸件制品的厚度来增加含量，对于1～4英寸的厚度制品，推荐含有大约1.0～3.0%左右。但是，Mo为最高价的原材料，优选将其抑制到最小限度。本发明中发现在与下述Ni的组合中，即便减少Mo也能得到充分的淬火性。由于Mo低于0.3%时，提高淬火性的效果不充分，以最大1.0%可得到充分的效果，并不需要添加超过1.0%，所以设为0.3～1.0%的范围。进而，Ni有提高韧性和淬火性的作用，通过以相对于Mo成为2倍~5倍的范围的方式进行调整，从而能够大幅提高淬火性，减少高价的Mo。由于Ni的质量%低于Mo质量%的2倍时，无法确保充分的淬火性，而如果超过5倍，则残留奥氏体增加而硬度降低，所以设为以5×Mo%≥Ni%≥2×Mo%所示的范围。

对于本发明的第2方式的高铬耐磨耗铸铁而言，其特征在于，将第1方式的高铬耐磨耗铸铁加热保持在1025～1075℃的淬火温度后，进行空冷淬火。由于淬火温度低于1025℃时，淬火硬度变得低于HRC62，而如果超过1075℃，则伴随着碳化物的分解而C浓度增加，从而残留奥氏体增加而淬火硬度变得低于HRC62，所以设为1025～1075℃的范围。

如果本发明的高铬耐磨耗铸铁，以质量%计，C为3.0～3.4%、Si为0.3～1.0%、Mn为0.5～1.2%、Cr为16～20%、Mo为0.3～1.0%、Ni为5×Mo%≥Ni%≥2×Mo%，且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，制品厚度为1～6英寸，则即便为了提高淬火性而将最常添加且为最高价元素的Mo减少到1.0%以下、也能够确保充分的淬火性。由此，能够实现Mo的节省资源，降低成本，并且能够以直至铸件制品的内部都可成为均匀硬度的方式进行淬火，因此铸件制品的耐久性提高。

具体实施方式

实施例

以下，为了确认本发明的效果，对实施的试验例（实施例·比较例）进行说明。

＜试验例＞

在本试验例中，按表1所示的化学成分（质量%）制成试验片。

表1所示的实施例1～3为本发明的化学成分，以在使Mo减少到1.0%以下的基础上，使Ni成为5×Mo%≥Ni%≥2×Mo%的范围的方式进行设定。比较例1～2是Ni偏离了5×Mo%≥Ni≥2×Mo%的范围的情况下的化学成分。比较例3是在J.R.Davis，“Cast Irons”（第2版，1996年，ASM）中，对于厚度2英寸的铸件所推荐的化学成分。比较例4是在相同的“Cast Irons”中，对于厚度5英寸的铸件所推荐的化学成分。在比较例3～4中，添加了1.5～2%的高价Mo。

表1

[表1]

	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	Ni/Mo
								实施例1	3.17	0.68	0.64	18.0	0.35	0.98	2.80
实施例2	3.25	0.62	0.88	18.2	0.52	2.18	4.19
								实施例3	3.20	0.77	0.65	19.2	0.94	2.03	2.16
比较例1	3.12	0.72	0.77	17.6	0.36	0.63	1.75
								比较例2	3.21	0.65	0.67	18.5	0.48	2.64	5.50
比较例3	3.15	0.58	0.74	17.4	1.51	-	-
								比较例4	3.21	0.60	0.76	17.7	2.02	0.7	-

试验片是依据JIS G5502（ISO1083）来铸造2英寸和5英寸的Y铸块而得的。

对铸造的Y铸块加热保持在表2所示的淬火温度后，实施了利用风扇的强制空冷。比较例7～8的淬火温度设定在“Cast Irons”中推荐的温度。

硬度是使用从实施了热处理的各个Y铸块切下的试验片进行评价的（从表面和中心部采集试验片）。

硬度测定使用洛式硬度计的C标尺（HRC），测定方法是根据JISZ2245（ISO6508）来实施的。各试验片的测定点设为10点，求出除去了最大值和最小值的8点的平均值。

表2

[表2]

如实施例4～9所示，确认了利用本发明的化学成分制造的试验片的表面和内部（中心部）的硬度均为HRC62以上，且表面与内部的硬度差小，进行了均匀地淬火。

比较例5是相对于Mo量的Ni量在下限侧偏离了本发明中规定的范围的化学成分的情况，由于淬火性不充分，所以在组织的一部分生成托氏体而硬度降低。

另外，比较例6是相对于Mo量的Ni量在上限侧偏离了本发明中规定的范围的化学成分的情况，在组织中残留奥氏体增加而硬度降低。

进而，比较例7～8是含有1.5～2%Mo的以往的化学成分的情况，在厚度2英寸（比较例7）的情况下较均匀地淬火，得到HRC62以上的硬度，但在厚度5英寸（比较例8）的情况下，内部的硬度低于HRC62。

另一方面，确认了对于基于本发明的实施例7～9而言，即便对于5英寸的厚度也能够确保充分的淬火性，得到HRC62以上的硬度，且表面与内部的硬度之差小。

Claims

1.一种高铬耐磨耗铸铁，其特征在于，以质量%计，C为3.0～3.4%、Si为0.3～1.0%、Mn为0.5～1.2%、Cr为16～20%、Mo为0.3～1.0%、Ni为5×Mo%≥Ni%≥2×Mo%，且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，制品厚度为1～6英寸。

2.根据权利要求1所述的高铬耐磨耗铸铁，其特征在于，加热保持在1025～1075℃的淬火温度后，进行空冷淬火。