CN103436774A

CN103436774A - 高铬铸铁的制备方法、薄壁管件及薄壁管件的制备方法

Info

Publication number: CN103436774A
Application number: CN2013103672152A
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: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: CN103436774B

Abstract

本发明公开了一种高铬铸铁的制备方法、薄壁管件及薄壁管件的制备方法。其中，高铬铸铁的制备方法包括以下步骤：按照高铬铸铁的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr、C的含量为标准选配废钢和铬铁，以V、Mo的含量为标准选配钒铁和钼铁，以Ni的含量为标准选配电解镍；将废钢、铬铁、钼铁和电解镍进行熔炼，待废钢、铬铁、钼铁和电解镍全部熔化后加入钒铁，待钒铁熔化后加入造渣剂除渣，得到初级合金液；然后对初级合金液进行脱氧、冷却后得高铬铸铁。利用本发明提供的高铬铸铁制备方法制备的高铬铸铁，不需要复杂的热处理，不需要添加变质剂，采用的原料为废钢等，制造工艺简单，低成本，而且制备薄壁管件时成品率高，耐磨性能好。

Description

高铬铸铁的制备方法、薄壁管件及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，涉及一种高铬铸铁的制备方法、薄壁管件及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。

《薄壁高铬铸铁管件的铸造工艺》（《铸造技术》2011年，第8期）为了减小薄壁铸件的开裂倾向，要求打箱温度控制在250℃以下，而且需要通过复杂热处理才能将铸件热处理提高到58～60HRC，工艺复杂，生产周期长。CN100478478C、CN101580913B、CN102560232A等专利，为了获得优异的抗磨性能，需要选用成分复杂的变质剂，增加了熔炼工艺的难度，同时变质剂的添加使合金成分的流动性变得很差，不利于薄壁管件的成型。

目前，仍没有适宜于薄壁混凝土输送弯管内管使用的低成本高铬铸铁的生产方法。寻求一种低成本的适宜于薄壁管件制造的高铬铸铁的生产方法是本领域技术人员一直努力的一个方向。

发明内容

本发明旨在提供一种高铬铸铁的制备方法、薄壁管件及薄壁管件的制备方法，以解决现有技术中没有适宜于薄壁混凝土输送弯管内管使用的低成本高铬铸铁的生产方法。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种高铬铸铁的制备方法。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：0.6%～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%；高铬铸铁的制备方法包括以下步骤：按照高铬铸铁的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr、C的重量百分含量为标准选配废钢和铬铁，以V、Mo的重量百分含量为标准选配钒铁和钼铁，以Ni的重量百分含量为标准选配电解镍；将废钢、铬铁、钼铁和电解镍进行熔炼，待废钢、铬铁、钼铁和电解镍全部熔化后加入钒铁，待钒铁熔化后加入造渣剂除渣，得到初级合金液；在预定温度下，利用脱氧剂对初级合金液进行脱氧、冷却后得高铬铸铁。

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：3.2wt%，Cr：27wt%，Mo：0.2wt%，Ni：0.15wt%，V：1.0wt%，Mn：0.35wt%，Si：0.6wt%，P：≤0.03wt%，S：≤0.03wt%以及余量的Fe。

进一步地，脱氧剂为铝。

进一步地，废钢、铬铁、钼铁和电解镍在中频感应炉中进行熔炼，预定温度为1550～1600℃。

根据本发明的另一个方面，提供一种薄壁管件的制备方法。该薄壁管件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：0.6%～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%；薄壁管件的制备方法包括以下步骤：按照薄壁管件的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr的含量为标准选配废钢和铬铁，以V、Mo的含量为标准选配钒铁和钼铁，以Ni的含量为标准选配电解镍；将废钢、铬铁、钼铁和电解镍进行熔炼，待废钢、铬铁、钼铁和电解镍全部熔化后加入钒铁，待钒铁熔化后加入造渣剂除渣，得到初级合金液；在预定温度下，对初级合金液进行脱氧后得合金液；采用合金液铸造形成薄壁管件。

进一步地，薄壁管件的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：3.2wt%，Cr：27wt%，Mo：0.2wt%，Ni：0.15wt%，V：1.0wt%，Mn：0.35wt%，Si：0.6wt%，P：≤0.03wt%，S：≤0.03wt%以及余量的Fe。

进一步地，脱氧剂为铝。

进一步地，采用合金液铸造形成薄壁管件包括以下步骤：采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，采用合金液进行浇注，浇铸的温度为1350～1450℃，负压不高于0.03Mpa，浇注完成5～10分钟后去除真空，当铸件温度冷却至950～1150℃时打开箱，取出薄壁管件进行空冷。

根据本发明的再一个方面，提供一种薄壁管件。该薄壁管件由上述制备方法制备而成。

进一步地，薄壁管件为用于混凝土输送的双层弯管的内管。

利用本发明提供的高铬铸铁制备方法制备的高铬铸铁，基体化学成分靠近共晶成分点，同时添加有少量的Mo和Ni提高了材料成型能力和铸态组织控制，添加了少量V进行碳化物颗粒细化，适宜用于薄壁混凝土输送弯管内管制造，而且通过该方法制备的高铬铸铁不需要复杂的热处理，不需要添加变质剂，采用的原料为废钢等，不但制造工艺简单，低成本，而且制备薄壁管件时成品率高，耐磨性能好。并且，本发明制备出薄壁管件与优异性能直管使用寿命相当，适用于普通工况处的弯管，从而实现混凝土泵车不同工况处弯管的合理布局使用，降低成本，实现最大效益。

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的铸件中的初生、共晶碳化物分布图；

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，提供一种高铬铸铁的制备方法。该制备方法包括：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：0.6%～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%；高铬铸铁的制备方法包括以下步骤：按照高铬铸铁的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr、C的重量百分含量为标准选配废钢和铬铁，以V、Mo的重量百分含量为标准选配钒铁和钼铁，以Ni的重量百分含量为标准选配电解镍；将废钢、铬铁、钼铁和电解镍进行熔炼，待废钢、铬铁、钼铁和电解镍全部熔化后加入钒铁，待钒铁熔化后加入造渣剂除渣，得到初级合金液；在预定温度下，利用脱氧剂对初级合金液进行脱氧、冷却后得高铬铸铁。

利用本发明提供的高铬铸铁制备方法制备的高铬铸铁，基体化学成分靠近共晶成分点，同时添加有少量的Mo和Ni提高了材料成型能力和铸态组织控制，添加了少量V进行碳化物颗粒细化，适宜用于薄壁混凝土输送弯管内管制造，而且通过该方法制备的高铬铸铁不需要复杂的热处理，不需要添加变质剂，采用的原料为废钢等，不但制造工艺简单，低成本，而且制备薄壁管件时成品率高，耐磨性能好。

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：3.2wt%，Cr：27wt%，Mo：0.2wt%，Ni：0.15wt%，V：1.0wt%，Mn：0.35wt%，Si：0.6wt%，P：≤0.03wt%，S：≤0.03wt%以及余量的Fe。

优选地，脱氧剂为铝。在本发明的实施方式中采用铝作为脱氧剂具有操作简单，成本低，脱氧效果良好，对合金液化学成分影响小的特点。

优选地，废钢、铬铁、钼铁和电解镍在中频感应炉中进行熔炼，待废钢、铬铁、钼铁和电解镍全部熔化后加入钒铁，待钒铁熔化后加入造渣剂除渣，得到初级合金液；预定温度为1550～1600℃。在此温度下加入脱氧剂脱氧效果较好。

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种薄壁管件的制备方法。该薄壁管件的制备方法：薄壁管件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：0.6%～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%；薄壁管件的制备方法包括以下步骤：按照高铬铸铁的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr、C的含量为标准选配废钢和铬铁，以V、Mo的含量为标准选配钒铁和钼铁，以Ni的含量为标准选配电解镍；将废钢、铬铁、钼铁和电解镍进行熔炼，待废钢、铬铁、钼铁和电解镍全部熔化后加入钒铁，待钒铁熔化后加入造渣剂除渣，得到初级合金液；在预定温度下，对初级合金液进行脱氧后得合金液；采用合金液铸造形成薄壁管件。

该薄壁管件制备方法使得薄壁管件的基体化学成分靠近共晶成分点，同时添加有少量的Mo和Ni提高了材料成型能力和铸态组织控制，添加了少量V进行碳化物颗粒细化，不需要复杂的热处理，不需要添加变质剂，采用的原料为废钢等，不但制造工艺简单，低成本，而且制备薄壁管件时成品率高，耐磨性能好。

优选地，薄壁管件的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：3.2wt%，Cr：27wt%，Mo：0.2wt%，Ni：0.15wt%，V：1.0wt%，Mn：0.35wt%，Si：0.6wt%，P：≤0.03wt%，S：≤0.03wt%以及余量的Fe。

优选地，脱氧剂为铝。在本发明的实施方式中采用铝作为脱氧剂具有操作简单，成本低，脱氧效果良好，对合金液化学成分影响小的有益效果。优选地，废钢、铬铁、钼铁和电解镍在中频感应炉中进行熔炼，待废钢、铬铁、钼铁和电解镍全部熔化后加入钒铁，待钒铁熔化后加入造渣剂除渣，得到初级合金液；预定温度为1550～1600℃。在此温度下加入脱氧剂脱氧效果较好。

根据本发明一种典型的实施方式，采用合金液铸造形成薄壁管件包括以下步骤：采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，采用合金液进行浇注，浇铸的温度为1350～1450℃，负压不高于0.03Mpa，浇注完成5～10分钟后去除真空，当铸件温度冷却至950～1150℃时打开箱，取出薄壁管件进行空冷。采用该方法形成薄壁管件，无需后续热处理，即可获得性能优异的铸件，工艺简单，生产周期短，设备利用率高。

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种薄壁管件。该薄壁管件由上述制备方法制备而成。优选地，薄壁管件为用于混凝土输送的双层弯管的内管。

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

原料组分为：

C：3.1wt%，Cr：24wt%，Mo：0.4wt%，Ni：0.3wt%，V：0.6wt%，Mn：0.4wt%，Si：1.0wt%，P：≤0.04wt%，S：≤0.05wt%以及余量的Fe。

S1，按照高铬铸铁的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr、C的含量为标准选配废钢（废钢78.9Kg，型号45#废钢）和铬铁（高碳铬铁58.2Kg，型号FeCr55C6.0），以V、Mo的含量为标准选配钒铁和钼铁（钼铁1.0Kg，型号FeMo60-A，钒铁1.7Kg，型号FeV50-A），以及钒铁和钼铁的重量），以Ni的含量为标准选配电解镍（电解镍0.4Kg，型号Ni9999）；

S2，将废钢、铬铁、钼铁和电解镍在中频感应熔炼炉中进行熔炼，待废钢、铬铁、钼铁和电解镍全部熔化后加入钒铁，待钒铁熔化后加入造渣剂除渣，得到初级合金液；

S3，初级合金液温度升至1550～1600℃时，加入铝丝作为脱氧剂进行脱氧处理，得合金液；

S4，采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，采用合金液进行浇注，浇铸的温度为1350～1450℃，负压不高于0.03Mpa，浇注完成5～10分钟后去除真空，当铸件温度冷却至1150～950℃时打箱，取出薄壁管件进行空冷。

成品率及性能指标测试结果：

1）空冷的成品率90%。

2）薄壁管件的硬度：60.2HRC，冲击韧性：4.1J/cm²。

3）本实施例的弯管使用寿命长，混凝土泵车普通工况处弯管使用寿命超过4.2万方。

4）合金液的流动性好，浇注过程中合金液充型能力好。

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，其数量及尺寸大小分布影响高铬铸铁的耐磨性。如图1所示，本实施例的铸件中的初生碳化物细小数量少，共晶碳化物细小数量多且弥散分布。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，通过本发明的制备工艺，既可以在基体中获得细小数量少的初生碳化物和密度较高分布弥散的共晶碳化物，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初生、共晶碳化物的分布及XRD物相与本实施例相似。

实施例2

原料组分为：

C：3.2wt%，Cr：27wt%，Mo：0.2wt%，Ni：0.15wt%，V：1.0wt%，Mn：0.35wt%，Si：0.6wt%，P：≤0.03wt%，S：≤0.03wt%以及余量的Fe。

S1，按照高铬铸铁的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr、C的含量为标准选配废钢（废钢71.3Kg，型号20#废钢）和铬铁（高碳铬铁58.3Kg，型号FeCr55C6.0，低碳铬铁6.8Kg，型号FeCr55C0.25），以V、Mo的含量为标准选配钒铁和钼铁（钼铁0.5Kg，型号FeMo60-A，钒铁2.8Kg，型号FeV50-A），以Ni的含量为标准选配电解镍（电解镍0.2Kg，型号Ni9999）；

成品率及性能指标测试结果：

1）空冷的成品率92%。

2）薄壁管件的硬度：60.5HRC，冲击韧性：4.2J/cm²。

3）本实施例的弯管使用寿命长，混凝土泵车普通工况处弯管使用寿命超过4.5万方。

4）合金液的流动性好，浇注过程中合金液充型能力好。

实施例3

原料组分为：

C：2.9wt%，Cr：30wt%，Mo：0.3wt%，Ni：0.2wt%，V：0.8wt%，Mn：0.5wt%，Si：0.8wt%，P：≤0.05wt%，S：≤0.05wt%以及余量的Fe。

S1，按照高铬铸铁的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr、C的含量为标准选配废钢（废钢64.3Kg，型号45#废钢）和铬铁（高碳铬铁55.4Kg，型号FeCr55C6.0，低碳铬铁17Kg，型号FeCr55C0.25），以V、Mo的含量为标准选配钒铁和钼铁（钼铁0.8Kg，型号FeMo60-A，钒铁2.3Kg，型号FeV50-A），，以Ni的含量为标准选配电解镍（电解镍0.3Kg，型号Ni9999）；

成品率及性能指标测试结果：

1）空冷的成品率93%。

2）薄壁管件的硬度：60HRC，冲击韧性：4.5J/cm²。

3）本实施例的弯管使用寿命长，混凝土泵车普通工况处弯管使用寿命超过4.0万方。

4）合金液的流动性好，浇注过程中合金液充型能力好。

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，混凝土泵车普通工况处弯管使用寿命低于2.3万方。

本发明上述的实施例实现了如下技术效果：该薄壁管件制备方法使得薄壁管件的基体化学成分靠近共晶成分点，同时添加有少量的Mo和Ni提高了材料成型能力和铸态组织控制，添加了少量V进行碳化物颗粒细化，不需要复杂的热处理，不需要添加变质剂，采用的原料为废钢等，不但制造工艺简单，低成本，而且制备薄壁管件时成品率高，耐磨性能好。

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：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：0.6%～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%；

所述高铬铸铁的制备方法包括以下步骤：

按照所述高铬铸铁的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr、C的所述重量百分含量为标准选配废钢和铬铁，以V、Mo的所述重量百分含量为标准选配钒铁和钼铁，以Ni的所述重量百分含量为标准选配电解镍；

将所述废钢、铬铁、钼铁和电解镍进行熔炼，待所述废钢、铬铁、钼铁和电解镍全部熔化后加入钒铁，待所述钒铁熔化后加入造渣剂除渣，得到初级合金液；

在预定温度下，利用脱氧剂对所述初级合金液进行脱氧、冷却后得所述高铬铸铁。

2.根据权利要求1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：3.2wt%，Cr：27wt%，Mo：0.2wt%，Ni：0.15wt%，V：1.0wt%，Mn：0.35wt%，Si：0.6wt%，P：≤0.03wt%，S：≤0.03wt%以及余量的Fe。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脱氧剂为铝。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述废钢、铬铁、钼铁和电解镍在中频感应炉中进行熔炼，所述预定温度为1550～1600℃。

5.一种薄壁管件的制备方法，其特征在于，所述薄壁管件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：0.6%～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%；

所述薄壁管件的制备方法包括以下步骤：

按照所述薄壁管件的原料组分进行配料，以Si、Mn、S、P、Cr、C的含量为标准选配废钢和铬铁，以V、Mo的含量为标准选配钒铁和钼铁，以Ni的含量为标准选配电解镍；

在预定温度下，对所述初级合金液进行脱氧后得合金液；

采用所述合金液铸造形成所述薄壁管件。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述薄壁管件的原料组分按重量百分含量计配比如下：C：3.2wt%，Cr：27wt%，Mo：0.2wt%，Ni：0.15wt%，V：1.0wt%，Mn：0.35wt%，Si：0.6wt%，P：≤0.03wt%，S：≤0.03wt%以及余量的Fe。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述脱氧剂为铝。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述废钢、铬铁、钼铁和电解镍在中频感应炉中进行熔炼，所述预定温度为1550～1600℃时。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，采用所述合金液铸造形成所述薄壁管件包括以下步骤：

采用可发性树脂泡沫干砂负压造型，采用所述合金液进行浇注，浇铸的温度为1350～1450℃，负压不高于0.03Mpa，浇注完成5～10分钟后去除真空，当铸件温度冷却至950～1150℃时打开箱，取出所述薄壁管件进行空冷。

10.一种薄壁管件，其特征在于，由权利要求5至9中任一项所述的制备方法制备而成。

11.根据权利要求10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。