CN1148633A - 中铬硅耐磨耐蚀铸铁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种中铬硅耐磨耐蚀铸铁，其化学成分(重量百分数)为：C2.1～3.4％，Cr5.1～9.9％，Si1.5～2.8％，Mn0.3～2.0％，RE0.01～0.3％，Mo0～1.0％，Cu0～1.0％，Ni0～1.0％，其余为Fe和不可避免的微量杂质。在干、湿态冲击磨料磨损条件下，本发明铸铁比高硅碳比中铬白口铸铁具有更优异的耐磨耐蚀性能及抗冲击疲劳性能。本发明仅采用简单易行的时效处理工艺，省略了复杂的等温淬火热处理工艺，因而显著地降低了生产成本。

Description

中铬硅耐磨耐蚀铸铁及其制造方法

本发明涉及耐磨耐蚀铸铁及其制造方法，特别是中铬硅耐磨耐蚀铸铁及其制造方法。

目前，在磨料磨损工况，特别是在电力、建材、冶金、化工等行业的各种干、湿态冲击磨料磨损工况条件(例如球磨机的磨球和衬板工况)下，所用的材料大多数是采用马氏体基体高铬(Cr10～25％)耐磨耐蚀铸铁，中国专利申请号为90105131.4(公告号为CN1056901A)中公开了一种高硅碳比中铬白口铸铁，金相组织为马氏体+贝氏体+奥氏体，其抗冲击磨料磨损的耐磨耐蚀性能明显高于上述马氏体基体高铬铸铁。但其存在的缺点就是其热处理工艺采用等温淬火，即在940℃～1040℃保温后淬入220℃～400℃硝盐盐浴等温1～6小时后空冷，其热处理工艺较复杂，生产成本较高。

本发明的目的之一在于提供一种性能好，成本低的中铬硅耐磨耐蚀铸铁的化学组成成分。

本发明的目的之二在于提供一种中铬硅耐磨耐蚀铸铁的制造方法。

本发明的目的通过如下措施来实现：

本发明中铬硅耐磨耐蚀铸铁材质的化学成分(重量百分数)为：

C 2.1～3.4％    Cr 5.1～9.9％

Si 1.51～2.8％    Mn 0.3～2.0％

RE 0.01～0.3％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

上述耐磨耐蚀铸铁的Cr含量(重量百分数)可为6～8.9％。

上述耐磨耐蚀铸铁的Si含量(重量百分数)可为1.51～2.4％。

上述耐磨耐蚀铸铁的RE含量(重量百分数)可为0.02～0.1％。

最佳的中铬硅耐磨耐蚀铸铁材质的化学成分(重量百分数)为：

C  3.0％    Cr 8.9％

Si 2.2％    Mn 1.1％

RE 0.04％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

上述耐磨耐蚀铸铁材质的化学成分中还可以加入下列化学成分(重量百分数)为：

Mo 0～1.0％    Cu 0～1.0％

Ni 0～1.0％

本发明的中铬硅耐磨耐蚀铸铁的制造用电炉即可生产，其制工艺步骤是：

(1)、将生铁、废钢、各种铁合金混合加热熔化；

(2)、温度升至1500℃～1550℃后，出炉浇注；

(3)、用金属型或砂型铸造，浇注温度为1400℃～1450℃；

(4)、铸件冷却后，打掉浇注冒口，清理飞边、毛刺；

(5)、铸件在室温至300℃温度下进行不少于2小时的简单时效处理。

本发明中铬硅耐磨耐蚀铸铁材质的有效化学成分设计依据及限定含量范围的理由如下：

碳(C)：C是影响中铬硅铸铁硬度和韧性的主要元素，碳量高，则碳化物数量多，铸铁的硬度高，但韧性降低，在使用中易破碎；而碳量低，则韧性较高，但碳化物数量减少，硬度降低，不利于耐磨损，因此碳的含量控制在2.1％～3.4％比较适宜。

铬(Cr)：Cr量高，则易形成M_TC₃型碳化物结构，有利于耐磨耐蚀性能提高，但其生产成本也高，Cr量低，生产成本低，但耐磨耐蚀性能降低，因此Cr的含量选择在5.1％～9.9％比较适宜。

硅(Si)：Si是改善碳化物结构和形态的主要元素，又是耐腐蚀的主要元素。Si量高，有助于共晶碳化物呈现高硬度的M_TC₃型结构，有助于改善碳化物形态，也有助于增加耐蚀性，但过高的含硅量，将降低韧性，因此，Si的含量选择在1.51％～2.8％。比较适宜。

锰(Mn)：Mn的主要作用是细化金属基体，但过高的锰含量将使铸铁组织中出现奥氏体，不利于抗冲击磨损，因此，Mn的含量选择在0.3％～2.0％比较适宜。

稀土元素(RE)：RE的主要作用是细化铸铁晶粒，改善碳化物形态和分布，促使碳化物呈弧立状均匀分布，显著减少夹杂物，提高铸铁冶金质量，从而提高了铸铁的抗冲击疲劳和抗冲击磨料磨损性能，但过量的RE将恶化铸铁质量，降低韧性，因此，RE的含量选择在0.01％～0.3％为宜。

钼(Mo)：Mo的主要作用是细化组织，提高电极电位和耐蚀性，但其价格高，因此，Mo的含量选择在0～1.0％为宜。

铜(Cu)和镍(Ni)：Cu和Ni的主要作用是细化组织，提高电极电位，提高耐磨性，但其价格高，因此，Cu的含量选择在0～1.0％，Ni的含量选择在0～1.0％为宜。

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

实施例1：

按本发明的化学成分要求将各种成分加入到炉中熔化，待铁水达到1500℃～1550℃时出炉浇注，用金属型铸造；浇注温度为1400℃，铸件冷却后，打掉浇注冒口，清理残根、毛刺、将铸件在室温至300℃温度下进行不少于2小时的简单时效处理，取样进行化学分析，其化学成分(重量百分数)如下：

C  3.0％    Cr  8.9％     Si  2.2％

Mn 1.1％    RE  0.04％    Mo  0％

Cu 0.2％    Ni  0.1％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

测试其硬度(HRC)为52。

实施例2、实施例3、实施例4的工艺如实施例1所述，其化学成分(重量百分数)如下：

化学成分	C	Cr	Si	Mn	RE	Mo	Cu	Ni	硬  度(HRC)
										实施例2	2.2	6.9	1.61	1.3	0.03	0	0.3	0.2	51
实施例3	3.0	9.2	2.1	0.9	0.05	0.5	0	0	53
										实施例4	3.3	9.5	2.5	1.5	0.13	0.3	0.3	0.2	54

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

本发明铸铁的金相组织为：细珠光体+碳化物，其碳化物绝大多数是高硬度的M_TC₃型结构，呈弧立状均匀分布，硬度范围为HRC48～56。

本发明材质与高硅碳比中铬白口铸铁相比其性能如下：

性能比较	干磨耐磨倍率	湿磨耐磨耐蚀倍率	硬度HRC
				高硅碳比中铬白口铸铁	1.0	1.0	58
中铬硅耐磨铸铁	1.1	1.12	53

由此可见，本发明铸铁在冲击磨料磨损条件下的耐磨耐蚀性均高于高硅碳比中铬白口铸铁。

本发明与现有技术相比有如下优点：

本发明铸铁由于含有一定量的稀土元素RE，稀土元素的加入明显细化了铸铁的晶粒，改善了硬质相碳化物的形态，明显减少了夹杂物，从而提高了铸铁的冶金质量，同时，由于本发明铸铁的金相组织为细珠光体组织，其比马氏体+贝氏体+奥氏体复相组织的抗冲击干、湿态磨料磨损性能更加优异，因此，在干、湿态冲击磨料磨损条件下，本发明铸铁比高硅碳比中铬白口铸铁具有更优异的耐磨耐蚀性能及抗冲击疲劳性能。此外，本发明仅采用简单易行的时效处理工艺，使得在铸态面获得的细珠光体基体组织，经时效处理后既消除了铸件的残余应力，还使铸件的基体组织仍然是所需要的细珠光体组织，其工艺简单易行，生产成本低廉。

Claims (7)

1、一种中铬硅耐磨耐蚀铸铁，其特征在于耐磨耐蚀铸铁的化学成份(重量百分数)为：

C  2.1～3.4％     Cr 5.1～9.9％

Si 1.51～2.8％    Mn 0.3～2.0％

RE 0.01～0.3％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

2、根据权利要求1所述的耐磨耐蚀铸铁，其特征在于上述耐磨耐蚀铸铁的Cr含量(重量百分数)可为6～8.9％。

3、根据权利要求1所述的耐磨耐蚀铸铁，其特征在于上述耐磨耐蚀铸铁的Si含量(重量百分数)可为1.51～2.4％。

4、根据权利要求1所述的耐磨耐蚀铸铁，其特征在于上述耐磨耐蚀铸铁的RE含量(重量百分数)可为0.02～0.1％。

5、根据权利要求1所述的耐磨耐蚀铸铁，其特征在于上述耐磨耐蚀铸铁的化学成份(重量百分数)为：

C  3.0％    Cr 8.9％

Si 2.2％    Mn 1.1％

RE 0.04％

其余为Fe和不可避免的微量杂质。

6、根据权利要求1或2或3或4或5所述的耐磨耐蚀铸铁，其特征在于上述耐磨耐蚀铸铁的化学成份还可以加入下列化学成分(重量百分数)：

Mo 0～1.0％    Cu 0～1.0％

Ni 0～1.0％

7、根据权利要求8所述的耐磨耐蚀铸铁的制造方法，其特征在于用电炉即可生产，其工艺步骤是：

(1)、将生铁、废钢、各种铁合金混合加热熔化；

(2)、温度升至1500℃～1550℃后，出炉浇注；

(3)、用金属型或砂型铸造，浇注温度为1400℃～1450℃；

(4)、铸件冷却后，打掉浇注冒口，清理飞边、毛刺；

(5)、铸件在室温至300℃温度下进行不少于2小时的简单时效处理。