CN106591689B - 一种过共晶高铬合金白口铸铁溜槽衬板及其制备方法 - Google Patents

一种过共晶高铬合金白口铸铁溜槽衬板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种过共晶高铬合金白口铸铁溜槽衬板及其制备方法，槽衬板由高硬度的过共晶高铬耐磨白口合金铸铁材料制成，具体化学成分如下：C：3.5‑5.0%、Si：0.3‑0.8%、Mn：0.5‑1.0%、Cr：25.0‑35.0%、Mo：0.8‑1.2%、Cu：0.2‑0.6%、W：1.0‑1.8%、V：0.3‑0.5%、Ti：0.1‑0.3%、Nb：0.1‑0.3%、Zr：0.03‑0.08%、B：0.001‑0.003%、RE：0.02‑0.08%、Y：0.02‑0.08%、S：≤0.06%、P：≤0.06%，其余为Fe。本发明的材料制备的溜槽衬板比原溜槽衬板使用寿命及产铁量都有大幅提升，而产品制造成本基本相当，性价比优势明显。

Description

一种过共晶高铬合金白口铸铁溜槽衬板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钢铁高炉布料溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，同时还涉及该材料的制备方法，属于金属耐磨材料领域。
技术背景
㈠钢铁企业炼铁高炉布料溜槽衬板，是高炉设备上的关键耐磨损备件。溜槽衬板的工作位置是在高炉炉膛内的顶部，工作环境非常恶劣，需要承受高硬度带尖角的矿石大落差冲击磨损以及高温炉气腐蚀(一般正常工作温度200-320℃，异常热冲击时可以达到500-700℃)，属极端磨损工况。既要求衬板具有较高耐磨性，又必须具有抗高温氧化性和耐腐蚀性能，同时还要求具有使用的安全可靠性，其磨损机理主要是低应力冲击凿削磨料磨损。据不完全统计，全国每年消耗溜槽衬板约在3.5万吨左右，经济价值在10亿元以上。过去，溜槽衬板制备技术主要表现在两个方面：一是高铬白口铸铁整体铸造成型技术；二是金属耐磨损复合铸造技术，如堆焊、钎焊、镶嵌、镶铸硬质合金等。高铬白口铸铁整体铸造成型技术，品种繁杂，耐磨不一，如Cr15Mo2Cu1、Cr17Mo、Cr20Mo2Cu1、Cr25Ni2MoV、Cr26MoNi、Cr26Ni2等，均属亚共晶铸铁成分范围内，一般使用寿命在4-10个月，耐磨性明显不足；堆焊、钎焊、镶嵌、镶铸硬质合金等复合铸造技术，使用寿命相对较长，一般在24-36个月之间，但工艺复杂，需有专用生产设备，规模化生产受到限制，且硬质合金价格昂贵，制备成本高，性价比优势不明显。目前，钢铁企业对低成本、高强度、高耐磨性的溜槽衬板制备技术，需求十分迫切。工业应用实践表明，在耐磨白口铸铁中硬度达到HRC58是一个基本级别，达到HRC60是一个较高级别，达到HRC63是更高级别，预示耐磨性将显著提高。因此，作为高炉布料溜槽衬板所处作业环境和使用性能要求等，在生产制备过程中，应追求金属耐磨材料的高硬度、强韧性，以实现高耐磨性。
㈡高铬白口铸铁因其硬度较高被认为是高耐磨性的钢铁耐磨材料，广泛应用于冶金、建材、电力、建筑、煤炭、船舶、化工和工程机械等行业。目前普遍应用的高铬白口铸铁大都是含碳量在2.0%-3.5%和含铬量在10.0%-30.0%的亚共晶和近共晶高铬白口铸铁。高碳高铬白口铸铁属过共晶高铬白口铸铁范畴，因含碳量和含铬量均较高，因而碳化物数量有较大增加，材料的硬度也有较大的提高，所以，生产制造过共晶高铬白口铸铁耐磨铸件，其抗磨性优于工业上常用的亚共晶高铬白口铸铁耐磨件。但随着含碳量和含铬量的进一步增加，碳化物数量提高到一定程度，在高铬白口铸铁组织中将会出现粗大的初生碳化物，这种粗大的初生碳化物容易引起缩孔、缩松、热裂等铸造缺陷，导致高铬白口铸铁的韧性急剧下降，脆性增大，工业应用受到限制。因此，在过共晶高铬白口铸铁中，如何通过细化初生碳化物，来改善其形态、分布、数量和大小，成为提高过共晶高铬白口铸铁冲击韧性的主要方法和重要手段。
智小慧等人发表的论文《钛细化过共晶高铬铸铁的研究》、尹英杰等人发表的论文《搅动和孕育对过共晶高铬铸铁铸态组织的影响》、刘进志等人发表的论文《稀土铈孕育对过共晶高铬铸铁铸态组织的影响》等，研究了从不同角度，采用不同工艺方法，起到细化初生碳化物的作用，但仅限实验室研究，未见实际工业应用实例。
皇志富等人发表的《半固态过共晶高铬铸铁的制备及组织定量分析》论文中，对半固态过共晶高铬白口铸铁的组织和性能进行了初步研究，曾采用倾斜冷却体的方法细化过共晶高铬白口铸铁中的初生碳化物，虽然有一定细化效果，但是由于该办法中铁液成型温度低于液相线温度，铸件中易产生缩孔、缩松等缺陷，限制了材料的韧性和耐磨性的提高，不利于工业化推广应用。
杨雄等人发表的《过共晶超高铬铸铁合金的组织和性能》论文中，研究了化学成分为C4.0-5.0%，Si≤1.0%，Mn≤1.0%，Cr35.0-45.0%，Mo0.3-0.6%，Ni0.3-0.5%的过共晶高铬铸铁的组织和热处理工艺对其性能的影响；杨诚凯等人发表的《含碳量对过共晶高铬铸铁显微组织与耐磨性的影响》论文中，对化学成分为C3.8-4.8%，Cr33.5%的过共晶高铬铸铁的显微组织、硬度、冲击韧性与湿态耐磨性的影响，进行了试验研究，结论指出，如果应用高碳量过共晶高铬铸铁，必须重视和解决韧性问题。
张山纲等人发表的《高碳高铬白口铸铁材料及其应用》论文中，介绍了化学成分为C4.0-6.0%，Si≤1.2%，Mn≤3.0%，Cr30.0-40.0%，Mo≤4%的过共晶高铬铸铁的性能及其在渣浆泵过流部件上的应用。通过采用铬铁矿面砂，包内加入细化剂VT合金，低温浇注和向铁水流中加入0.2-0.3㎜合金铁丸等一系列工艺措施，虽然达到了细化初生碳化物的效果，但是由于采用低温浇注的方法，容易使铸件产生冷隔缺陷，成品率较低，质量不稳定。
发明专利CN101302597A公开了一种过共晶高铬白口铸铁及其制备方法，用于制造渣浆泵过流部件。其主要化学成分为C3.0-4.5%，Si0.5-1.5%，Mn0.5-2.5%，Cr15.0-35.0%，Ti0.5-1.5%, B0.001-0.5 %, S＜0.06%, P＜0.06%,其余为Fe。其制备工艺是采用B、Ti合金进行孕育变质处理的方法细化初生碳化物。在过共晶高铬白口铸铁中加入Ti合金后，Ti不仅与C形成TiC颗粒，为初生碳化物形核提供异质形核的基底，导致碳化物形核数目增加，而且还可以阻碍碳化物的生长，最终使初生碳化物细化。微量的B可明显提高淬透性，有效强化晶界，改变高铬白口铸铁碳化物形态，形成高硬度的硼化物，可显著提高耐磨性。该发明中虽然细化效果明显，但是存在有成形性不易控制，尤其是B合金的收得率极不稳定，铸件中易产生缩孔、缩松等铸造缺陷，影响产品使用性能。
发明专利CN102851570A公开了一种热磨机的高碳高铬磨片铸件的生产制备方法，为过共晶高铬铸铁。其主要化学成分为C3.6-3.8%，Si≤1.2%，Mn≤0.8%，Cr28.0-30.0%，Mo≤0.5%，Ni≤0.8%，Cu≤0.2%, S≤0.05%,P≤0.03%,余量为Fe.该发明经高温熔铸和稀土合金变质处理后，进行1000-1100℃淬火，280-300℃回火的热处理工艺，使金属基体组织中的回火马氏体呈更为弥散状分布，析出的二次碳化物更为细密，同时以M7C3为主的初生硬质点M7C3型碳化物，呈孤立状的不规则六角形，以更密集的方式均匀分布。该发明细化了碳化物，但未列出稀土合金变质剂的添加量和添加方法。
发明内容
本发明的目的在于解决钢铁高炉布料溜槽衬板现有技术中存在的耐磨性不足问题，而提供一种高硬度的溜槽衬板用过共晶高铬耐磨合金白口铸铁材料。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是提供一种溜槽衬板用高硬度的过共晶高铬耐磨合金白口铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C3.5-5.0%、Si0.3-0.8%、 Mn0.5-1.0%、Cr25.0-35.0%、Mo0.8-1.2%、Cu0.2-0.6%、W1.0-1.8%、V0.3-0.5%、Ti0.1-0.3%、Nb0.1-0.3%、Zr0.03-0.08%、B0.001-0.003%、RE0.02-0.08%、Y0.02-0.08%、S≤0.06%、P≤0.06%，其余为Fe。
本发明的溜槽衬板用高硬度的过共晶高铬合金白口铸铁材料的制备方法，采用1000kg中频电炉熔炼，水玻璃砂造型加冒口补缩的铸造工艺，包括以下步骤：
⑴将炉料熔炼成铁液，并将铁液按照化学成分配方量进行调节；
⑵在铁液中加入复合精炼脱氧剂和稀土元素变质处理后浇注制得铸件；
⑶将铸件升温至650-750℃保温1-3h，然后升温至980-1020℃保温4h后，随炉缓冷至700-750℃保温1-3h后，再随炉缓冷至300-500℃空冷；
⑷将随炉缓冷至300-500℃铸件，继续升温至650-750℃保温1h，然后升温到1000-1080℃保温4-6h后出炉冷却；
⑸将冷却铸件回火，回火温度250-450℃，回火保温4-6h，然后出炉空冷，即得到硬度HRC64.2-67.4,冲击韧性aK：5.6-6.5J/cm²的高硬度过共晶高铬白口铸铁溜槽衬板。
所述金属炉料为废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜、锰铁、钒铁、钛铁、铌铁、锆铁和硼铁。
所述的复合精炼脱氧剂是指硅铝钙钡复合脱氧剂。
所述稀土元素为稀土镁合金和重稀土合金。
所述稀土镁合金为粒度5-8mm的稀土镁。所述重稀土合金为粒度3-5mm的重稀土钇。
本发明的化学成分具有以下作用：
C：高铬白口铸铁的耐磨性主要来自于组织中存在的高硬度合金碳化物。随C量增加，碳化物体积百分数增加。碳化物体积百分数(K%)与C、Cr含量之间关系可按下面经验公式计算：K% =12.33 (C % )+0.55 (Cr% )-15.2 %。本发明化学成分中C3.5-5.0%,Cr25.0-35.0%,使材料达到过共晶状态，能够使材料显微组织中结晶出高硬度的一次碳化物，碳化物体积百分数约在40%及以上，从而提高材料的硬度，强化了材料的抗磨性。但是含C量并非越高越好，过高则会增加材料的脆性。所以控制C3.5-5.0%。
Cr：铬一部分形成高硬度的共晶碳化物M7C3，增加耐磨性；一部分溶入基体增加淬透性和抗高温氧化性。所以选择Cr25.0-35.0%。
Mo：钼提高淬透性，形成特殊碳化物增加耐磨性，细化晶粒，固溶强化基体，提高抗回火稳定性。所以选择Mo0.8-1.2%。
W：钨提高淬透性，形成特殊碳化物增加耐磨性，细化晶粒，固溶强化基体，提高抗回火稳定性和红硬性，特别是在较高温度下(约800℃左右)性能不变。随含W量的提高，W细化基体组织和碳化物，提高材料的热处理淬透性、碳化物硬度和固溶强化基体的效果更加显著。因此选择W1.0-1.8%。
Cu：铜属奥氏体稳定元素，强化基体，提高淬透性，增加韧性。Cu与Mo联合使用淬透性效果更好。但Cu在奥氏体中溶解度有限，因此选择Cu0.2-0.6%。
V、Ti、Nb、Zr、B：钒、钛、铌、锆、硼均是强碳化物形成元素，且细化晶粒，净化晶界，改善碳化物的形态、大小、数量与分布，提高材料综合性能效果十分明显。V抗高温氧化性能不如W、Mo等，所以，铸件在800℃左右服役时，一般控制V≤0.5%。因此选择V0.3-0.5%。
Ti溶于固溶体时提高淬透性，形成碳化物时降低淬透性，延迟回火温度，可在较高温度下回火。Ti在钢铁耐磨材料中属微合金化元素，因此选择Ti0.1-0.3%。
Nb＜0.1 %时细化晶粒，改善其韧性和抗热疲劳性能；Nb＞0.1%时形成NbC合金碳化物(显微硬度HV2600左右)，具有较高抗磨性和耐热稳定性。因此选择Nb0.1-0.3%。
Zr锆抗腐蚀性能强，具有超高的硬度和强度。同时锆与氧、氮等气体有强烈的亲和力，细化晶粒明显。锆属稀有金属，因此选择0.03-0.08%
B提高淬透性，有效强化晶界，细化晶粒，改善高铬铸铁碳化物形态，形成高硬度的硼化物，可显著提高耐磨性。但添加过量，形成“硼脆”，恶化材料性能。因此选择B0.001-0.003%。
Si、Mn：硅、锰为常规元素，在高铬白口铸铁中主要起脱氧除气作用，同时固溶强化基体。Si含量过高，影响淬透性，有促使石墨倾向，易裂，但Si提高Ms点。Mn提高淬透性，但降低Ms点；Mn含量过高，在高温奥氏体化时易使晶粒组织粗大，影响耐磨性的提高。因此选择Si0.3-0.8%，Mn0.5-1.0%。
RE(Mg)+ RE(Y) ：稀土镁合金和重稀土钇合金作为复合孕育变质剂复合加入，是为了进一步细化晶粒，变质夹杂，净化晶界，细化初生碳化物，改善共晶碳化物的形态、数量、大小与分布。但稀土过量加入会使夹杂物增加，影响冲击韧性的提高。因此选择RE(Mg)0.02-0.08%，RE(Y)0.02-0.08%。
S、P为铸造有害元素，一般从原材料中严格控制。
与现有技术相比，本发明具有如下创造性有益效果：
⑴本发明的过共晶高铬合金白口铸铁中，向铁液中添加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，除气去夹杂，洁净铁液，净化晶界，细化组织。
⑵本发明的过共晶高铬合金白口铸铁中，强碳化物形成元素V、Ti、Zr、Nb优先与C结合生成VC、TiC、ZrC、NbC等高硬度合金碳化物，作为初生碳化物的异质形核衬底而细化了初生碳化物。
⑶本发明的过共晶高铬合金白口铸铁中，采用稀土镁合金和重稀土钇合金复合孕育二次变质处理工艺，进一步细化了基体晶粒和细化了碳化物。
⑷本发明的过共晶高铬合金白口铸铁中，热处理预先采用退火工艺，以减少成分偏析偏聚，使组织分布更趋均匀，具有一定细晶效果，为热处理淬火创造条件。
⑸本发明的过共晶高铬合金白口铸铁中，将Zr、Nb和强碳化物形成元素V、Ti、B与中性碳化物Mo、W等合金化，使共晶碳化物数量增加，材料基体硬度和碳化物硬度增加，抗磨性显著提高。特别是Zr、Nb、W合金的引入，进一步提高了合金碳化物的高温组织稳定性和红硬性，这对提高溜槽衬板的抗高温耐磨损和耐腐蚀能力是十分有利的。
附图说明
图1为过共晶高铬合金白口铸铁350Cr25WNbZrRE金相组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C3.5%、Si0.4%、Mn0.9%、Cr25.0%、Mo1.2%、W1.8%、Cu0.6%、V0.48%、Ti0.28%、Nb0.11%、Zr0.08%、RE0.08%、Y0.02%、B0.0028%、S0.037%、P0.028%，其余为Fe。
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜等金属炉料熔炼，熔炼温度1540℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁予脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钒铁、铌铁、锆铁、钛铁、硼铁，并加入粒度5mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度3mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1400℃；
⑹随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个。8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口。将清理后的铸件装炉热处理；
退火：将铸件升温至650℃保温3h，然后升温至980℃保温4h后，随炉缓冷至700℃保温1h后，再随炉缓冷至500℃空冷；
淬火：将随炉缓冷至500℃铸件，继续升温至650℃保温1h，然后升温到1000℃保温6h后出炉冷却；
回火：将冷却铸件回火，回火温度450℃，回火保温时间4h，然后出炉空冷即得。
实施例2
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C3.66%、Si0.41%、Mn1.0%、Cr26.0%、Mo1.1%、W1.75%、Cu0.5%、V0.5%、Ti0.25%、Nb0.12%、Zr0.07%、B0.025%、RE0.07%、Y0.03%、S0.043%、P0.022%，其余为Fe。
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜等金属炉料熔炼，熔炼温度1550℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁予脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钒铁、铌铁、锆铁、钛铁、硼铁，并加入粒度8mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度3mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1420℃。
随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个。8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口。将清理后的铸件装炉热处理。
退火：将铸件升温至650℃保温3h，然后升温至1000℃保温4h后，随炉缓冷至700℃保温2h后，再随炉缓冷至500℃空冷。
淬火：将随炉缓冷至500℃铸件，继续升温至650℃保温1h，然后升温到1000℃保温6h后出炉冷却；
回火：将冷却铸件回火，回火温度450℃，回火保温时间4h，然后出炉空冷即得。
实施例3
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C4.01%、Si0.48%、Mn0.82%、Cr28.0%、Mo 0.95%、W1.62%、Cu0.4%、V0.45%、Ti0.24%、Nb0.15%、Zr0.06%、RE0.06%、Y0.04%、B0.024%、S0.041%、P0.028%，其余为Fe。
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜等金属炉料熔炼，熔炼温度1560℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁予脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钒铁、铌铁、锆铁、钛铁、硼铁，并加入粒度6mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度4mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1410℃。
随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个。8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口。将清理后的铸件装炉热处理。
退火：将铸件升温至700℃保温3h，然后升温至1000℃保温4h后，随炉缓冷至750℃保温1h后，再随炉缓冷至400℃空冷。
淬火：将随炉缓冷至400℃铸件，继续升温至700℃保温1h，然后升温到1000℃保温6h后出炉冷却；
回火：将冷却铸件回火，回火温度450℃，回火保温时间4h，然后出炉空冷即得。
实施例4
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C4.21%、Si0.51%、Mn0.78%、Cr30.0%、Mo 0.88%、W1.55%、Cu0.4%、V0.41%、Ti0.18%、Nb0.22%、Zr0.05%、RE0.05%、Y0.05%、B0.0012%、S0.046%、P0.025%，其余为Fe。
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜等金属炉料熔炼，熔炼温度1570℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁予脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钒铁、铌铁、锆铁、钛铁、硼铁，并加入粒度8mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度3mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1390℃。
随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个。8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口。将清理后的铸件装炉热处理。
退火：将铸件升温至750℃保温2h，然后升温至1020℃保温4h后，随炉缓冷至750℃保温2h后，再随炉缓冷至300℃空冷。
淬火：将随炉缓冷至300℃铸件，继续升温至750℃保温1h，然后升温到1030℃保温6h后出炉冷却；
回火：将冷却铸件回火，回火温度350℃，回火保温时间5h，然后出炉空冷即得。
实施例5
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C4.71%、Si0.65%、Mn0.66%、Cr33.0%、Mo 0.81%、W1.35%、Cu0.3%、V0.35%、Ti0.12%、Nb0.29%、Zr0.04%、RE0.04%、Y0.04%、B0.001%、S0.044%、P0.024%，其余为Fe。
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜等金属炉料熔炼，熔炼温度1540℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁予脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钒铁、铌铁、锆铁、钛铁、硼铁，并加入粒度7mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度3mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1380℃。
随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个。8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口。将清理后的铸件装炉热处理。
退火：将铸件升温至720℃保温3h，然后升温至1020℃保温4h后，随炉缓冷至720℃保温1h后，再随炉缓冷至500℃空冷。
淬火：将随炉缓冷至500℃铸件，继续升温至720℃保温1h，然后升温到1040℃保温6h后出炉冷却；
回火：将冷却铸件回火，回火温度300℃，回火保温时间6h，然后出炉空冷即得。
实施例6
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C5.01%、Si0.68%、Mn0.71%、Cr35.0%、Mo 0.81%、W1.05%、Cu0.2%、V0.31%、Ti0.11%、Nb0.3%、Zr0.03%、RE0.02%、Y0.08%、B0.0012%、S0.046%、P0.025%，其余为Fe。
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜等金属炉料熔炼，熔炼温度1580℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁予脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钒铁、铌铁、锆铁、钛铁、硼铁，并加入粒度5mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度3mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1380℃。
随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个。8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口。将清理后的铸件装炉热处理。
退火：将铸件升温至650℃保温3h，然后升温至1010℃保温4h后，随炉缓冷至700℃保温2h后，再随炉缓冷至400℃空冷。
淬火：将随炉缓冷至400℃铸件，继续升温至650℃保温1h，然后升温到1080℃保温4h后出炉冷却；
回火：将冷却铸件回火，回火温度250℃，回火保温时间6h，然后出炉空冷即得。
实施例7
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C3.51%、Si0.8%、Mn0.71%、Cr35.0%、Mo1.1%、W1.35%、Cu0.3%、V0.35%、Ti0.15%、Nb0.23%、Zr0.03%、RE0.03%、Y0.07%、B0.0025%、S0.041%、P0.022%，其余为Fe。
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜等金属炉料熔炼，熔炼温度1580℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁予脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钒铁、铌铁、锆铁、钛铁、硼铁，并加入粒度5mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度4mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1380℃。
随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个。8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口。将清理后的铸件装炉热处理。
退火：将铸件升温至720℃保温2h，然后升温至1000℃保温4h后，随炉缓冷至720℃保温1h后，再随炉缓冷至500℃空冷。
淬火：将随炉缓冷至500℃铸件，继续升温至720℃保温1h，然后升温到1000℃保温6h后出炉冷却；
回火：将冷却铸件回火，回火温度450℃，回火保温时间4h，然后出炉空冷即得。
实施例8
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C5.01%、Si0.46%、Mn0.61%、Cr25.0%、Mo 1.1%、W1.55%、Cu0.6%、V0.5%、Ti0.3%、Nb0.3%、Zr0.06%、RE0.04%、Y0.06%、B0.003%、S0.034%、P0.021%，其余为Fe。
本实施例的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜等金属炉料熔炼，熔炼温度1540℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁予脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钒铁、铌铁、锆铁、钛铁、硼铁，并加入粒度5mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度3mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1380℃。
随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个。8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口。将清理后的铸件装炉热处理。
退火：将铸件升温至650℃保温3h，然后升温至980℃保温4h后，随炉缓冷至700℃保温1h后，再随炉缓冷至500℃空冷。
淬火：将随炉缓冷至500℃铸件，继续升温至650℃保温1h，然后升温到1000℃保温6h后出炉冷却；
回火：将冷却铸件回火，回火温度450℃，回火保温时间5h，然后出炉空冷即得。
对比例
本对比例的Cr26耐磨合金白口铸铁材料，属亚共晶高铬铸铁Cr26牌号，由以下质量分数的化学成分组成：C2.85%、Si0.51%、Mn0.72%、Cr26.01%、Mo1.07%、Cu0.94%、W0.92%、Ti0.26%、S0.034%、P0.021%，其余为Fe。
本对比例的Cr26耐磨合金白口铸铁材料的制备方法，包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜等金属炉料熔炼，熔炼温度1560℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁予脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钛铁，并加入粒度5mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度3mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1400℃。
随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个。8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口。将铸件在升温至700℃保温2h，然后升温到1020℃保温6h后出炉雾冷至室温；再将冷却铸件回火，回火温度350℃，回火保温时间6h，然后出炉空冷即得。
实验例1，对实施例1-8的高铬合金白口铸铁材料进行显微结构观察：
金相组织观察分析采用XSP-4XC型三目金相显微镜在同一试样上进行。经粗磨、细磨、抛光、清洗后，用5%硝酸酒精溶液浸润腐蚀后，清洗后吹干，用400×镜观察分析。金相组织观察分析表明：试样的淬火、回火组织为：初生碳化物（M7C3）+共晶碳化物（M7C3）+马氏体+二次碳化物+少量残余奥氏体。
实验例2，硬度和冲击试验：
硬度试验：用洛氏硬度计在铸件本体上或附铸试块上检测硬度HRC，结果见表1。
冲击试验：在附铸试块上用线切割机切取10mm×10mm×55mm无缺口试样3根，在JB-300B半自动冲击试验机上分别测试冲击韧性aK，结果见表1。
表1 实施例1-8产品硬度和冲击试验结果
从表1中可以看出，本发明的溜槽衬板用过共晶高铬合金白口铸铁材料，具有较高硬度和冲击韧性，平均产品硬度HRC64.2-67.4，冲击韧性aK5.6-6.5J/cm2。与对比例中的亚共晶高铬铸铁Cr26材料相比，硬度增加HRC4-7.2，冲击韧性值aK0.4-1.3 J/cm2，实现了硬韧性结合，预示耐磨性显著提高。
实验例3，本发明的工业应用：
将实施例1(350 Cr25牌号)的溜槽衬板安装在某钢铁企业高炉上试验应用，结果见表2。
表2 实施例1的溜槽衬板与原溜槽衬板使用对比情况(万吨)
从表2中可以看出，使用本发明的材料制备的溜槽衬板比原溜槽衬板使用寿命及产铁量都有大幅提升，而产品制造成本基本相当，性价比优势明显。

Claims (1)

1.一种过共晶高铬合金白口铸铁溜槽衬板的制备方法，其特征在于，所述溜槽衬板由高硬度的过共晶高铬耐磨白口合金铸铁材料制成，所述高硬度的过共晶高铬耐磨白口合金铸铁材料，由以下质量分数的化学成分组成：C4.71%、Si0.65%、Mn0.66%、Cr33.0%、Mo0.81%、W1.35%、Cu0.3%、V0.35%、Ti0.12%、Nb0.29%、Zr0.04%、RE0.04%、Y0.04%、B0.001%、S0.044%、P0.024%，其余为Fe；其制备过程包括以下步骤：
⑴向熔炉内依次加入废钢、高碳铬铁及钼铁、钨铁、废黄铜金属炉料熔炼，熔炼温度1540℃；
⑵炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡；
⑶加入锰铁预 脱氧，再加硅铝钙钡复合精炼脱氧剂，精炼脱氧；
⑷依次加入钒铁、铌铁、锆铁、钛铁、硼铁，并加入粒度7mm的稀土镁一次变质处理，当测温仪测温为1540-1580℃时，倾出铁液；
⑸在铁液包内加入粒度3mm的重稀土钇二次变质处理，镇静，当测温仪测温为1380-1420℃时浇注，浇注温度1380℃；
随炉浇注标准溜槽衬板一套，并随炉浇注附铸Y型试块一个；8h后开箱，清理飞边、毛刺，切除浇道口和冒口；将清理后的铸件装炉热处理；
退火：将铸件升温至720℃保温3h，然后升温至1020℃保温4h后，随炉缓冷至720℃保温1h后，再随炉缓冷至500℃空冷；
淬火：将随炉缓冷至500℃铸件，继续升温至720℃保温1h，然后升温到1040℃保温6h后出炉冷却；
回火：将冷却铸件回火，回火温度300℃，回火保温时间6h，然后出炉空冷即得。
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