過共晶高鉻鑄鐵制備方法
【專利摘要】一種過共晶高鉻鑄鐵制備方法，屬于耐磨材料【技術領域】。過共晶高鉻鑄鐵鐵水的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為4.0～4.3%C，25.0～28.0%Cr，0.3～0.8%Si，1.2～1.5%Mn，0.08～0.15%N，0.05～0.10%Al，S<0.04%，P<0.05%，余量Fe。當上述鐵水的溫度達到1520～1550℃時，將鐵水出爐入澆包。然后用喂絲機將直徑的合金線送入澆包內(nèi)的鐵水中，合金線加入量占澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分數(shù)的4.0～5.5%，并將鐵水澆入鑄型得到鑄件，鑄件經(jīng)淬火和回火后，具有良好的力學性能和耐磨性。
【專利說明】過共晶局鉻鑄鐵制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明為一種聞絡鑄鐵制備方法，特別涉及一種碳和絡含量較聞的過共晶聞絡鑄鐵制備方法，屬于耐磨材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002]高鉻鑄鐵是一類優(yōu)異的耐磨材料，在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應用。大量研究發(fā)現(xiàn)，提聞聞絡鑄鐵中的碳化物體積分數(shù)，可以提聞聞絡鑄鐵耐磨性，在此背景下，碳和絡含量較高的過共晶高鉻鑄鐵的開發(fā)和應用已得到重視。中國發(fā)明專利CN102925783A公開了一種過共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟一:采用廢鋼、生鐵、高碳鉻鐵、錳鐵和硅鐵作為熔煉用原材料，按以下重量百分比的化學組成:3.0-4.5%C，15-35%Cr,0.5-1.5%Μη，0.5-1.5%Si, < 0.06%P、< 0.06%S，其余為 Fe 進行配料;步驟二:將廢鋼、生鐵先混合，在酸性中頻感應電爐中熔化，待鐵水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清，再進一步加入高碳鉻鐵后熔清；鑄液至溫度達到1450°C后采用鋁絲脫氧，然后將鑄液迅速出爐倒入澆包，進行除渣處理；步驟三:當澆包中的鑄液溫度降至1300°C -1350°C時，將鑄液倒入砂型澆注成形，8小時后打箱取出鑄件，進行表面清理；步驟四:將清理干凈后的鑄件放入電爐中緩慢加熱至700°C~1000°C，保溫一段時間，使鑄件內(nèi)外溫度均勻化，然后迅速出爐放入鍛機上進行鍛造變形處理，同時起到空淬的作用；步驟五:對鍛造變形處理后的鍛件然后進行回火處理，進一步消除鑄件內(nèi)部應力，最終得到過共晶高鉻鑄鐵。中國發(fā)明專利CN102851570A還公開了熱磨機的高碳高鉻磨片鑄件，屬于熱磨機零部件【技術領域】，為過共晶高鉻鑄鐵，在含有高鉻的同時、并含高碳,主要化學成分為鐵,按質(zhì)量百分計,碳含量3.6 - 3.8%，鉻含量28.0 — 30.0%，鎳含量≤0.8%、鑰含量≤0.5%、錳含量≤0.8%、銅含量<0.2%、及一定量的硅和低含量的磷、硫，該發(fā)明的有益效果是:產(chǎn)品的初生硬質(zhì)點Cr7C3型碳化物增加，使磨片耐磨性提高30%以上；鎳、鑰、錳、銅等貴重金屬含量下降，而使生產(chǎn)成本下降；磷、硫含量下降，使韌性增加；綜合機械性能得到提高，其硬度達HRC62-65，可廣泛用于對木材、甘蔗渣、棉桿等纖維板原料進行磨漿加工，磨片可承受低應力磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、高溫磨損等多種磨損，并還能抵抗外力的破壞,使用壽命提高30 %以上。中國發(fā)明專利CN101892417A還公開了一種鑄態(tài)使用的過共晶高鉻鑄鐵，該鑄態(tài)使用的過共晶高鉻鑄鐵的化學組成成分以重量百分比計算為:3.5~4.5%C, 1.0~3.0%Μη, 16.0~28.0%Cr, 0.5 ~1.5%Si, 2.1 ~3.0%Ti, P ≤ 0.06%, S ≤ 0.06%,余量為鐵。該鑄態(tài)使用的過共晶高鉻鑄鐵出爐溫度1500~1650，澆注溫度1350~1400°C，貴重金屬的含量少，在鑄態(tài)直接使用，能耗低，生產(chǎn)周期短，且鑄造性能好，還具有較高硬度和優(yōu)良的耐磨性。中國發(fā)明專利CN101497966還公開了一種高硬度過共晶的高鉻錳鑰鎢合金耐磨鋼鐵材料，含有下列質(zhì)量百分比的化學成分:碳3.0~5.5 %，硅0.3~2.0 %，鉻25.5~40 %，錳0.3~3.5%，鑰0.1~3.5%，鎢0.1~3.5%，磷≤0.1%，硫≤0.1%，余量為鐵。該發(fā)明的高硬度過共晶高鉻錳鑰鎢合金耐磨鋼鐵材料采用多元合金化，特別是碳、鉻、錳、鑰和鎢的加入，使得材料比起現(xiàn)有的高鉻鑄鐵具有淬透性好，硬度高，耐磨蝕性能和耐磨性更好等優(yōu)勢，從而擴大了材料的應用范圍。該發(fā)明的高硬度過共晶高鉻錳鑰鎢合金耐磨鋼鐵材料適于制備磨損和腐蝕磨損特別是沖刷腐蝕磨損工況用的零部件。中國發(fā)明專利CN1769508還公開了了一種過共晶高鉻鑄鐵及其制造方法，過共晶高鉻鑄鐵的主要成分為:3.5~4.5%C, 1.0~3.0%Μη, 17 ~30%Cr, 0.5 ~1.5%Si, 1.0 ~2.0%Cu, P ≤ 0.06%, S ≤ 0.06%, Ni ( 1%，余量為鐵。其制備方法是采用二次孕育變質(zhì)處理的方法細化初生碳化物，包內(nèi)孕育劑的中間合金含有的TiN、NbN等顆粒作為促進初生碳化物形核的基體，增加初生碳化物的形核數(shù)量。稀土、鎂和鉀等富集在初生碳化物的表面，使其細化、團球化。隨流孕育劑的作用是大大加快合金的凝固，使初生碳化物來不及長大，從而達到細化初生碳化物的目的。用過共晶高鉻鑄鐵制造的渣漿泵過流件，生產(chǎn)工藝簡便、成本低，鑄造性好，具有優(yōu)良的耐磨性和高的使用壽命。
[0003]但是，過共晶高鉻鑄鐵中，因碳化物數(shù)量多，脆性大，鑄造和使用過程中極易開裂，限制了過共晶高鉻鑄鐵的推廣應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是通過加入微合金元素改變過共晶高鉻鑄鐵的凝固過程，從而達到細化過共晶高鉻鑄鐵凝固組織和提高其強韌性，降低其脆性的目的。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵制備方法包括如下:首先在電爐內(nèi)熔煉過共晶高鉻鑄鐵鐵水，過共晶高鉻鑄鐵鐵水的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為4.0~4.3%C, 25.0~28.0%Cr, 0.3~
0.8%Si, 1.2 ~1.5%Mn, 0.08 ~0.15%N, 0.05 ~0.10%A1, S〈0.04%, Ρ〈0.05%,余量 Fe。當上述過共晶高鉻鑄鐵鐵水的溫度達到1520~1550°C時，將鐵水出爐入澆包。然后用喂絲機將直徑(p3.0~5.5mm的合金線送入澆包內(nèi)的鐵水中，合金線距離澆包底部15~35mm，合金線加入量占澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分數(shù)的4.0~5.5%，合金線的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為15.0~18.0%Ti, 5.0 ~8.0%A1, 4.0 ~6.0%Y, 3.0 ~5.0%Ca, 3.0 ~5.0%Ba, 20.0 ~25.0%Si, 1.5 ~
2.5%B, 3.0~5.0%V, 4.0~6.0%C,余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。當鐵水溫度降至1380~1420°C時，將鐵水澆入鑄型，冷卻3~6小時，開箱清理過共晶高鉻鑄鐵鑄件，然后將上述鑄件隨爐加熱到950~1000°C，保溫2~4h，出爐風冷至溫度低于300°C后，將鑄件重新入爐加熱至480~500°C，保溫6~12h，隨后爐冷至溫度低于120°C出爐空冷至室溫，得到本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵。
[0007]為了確保本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵具有優(yōu)異的性能，首先在電爐內(nèi)熔煉過共晶高鉻鑄鐵鐵水，過共晶高鉻鑄鐵鐵水的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為4.0~4.3%C, 25.0~28.0%Cr, 0.3 ~0.8%Si, 1.2 ~1.5%Mn, 0.08 ~0.15%N, 0.05 ~0.10%A1, S<0.04%, Ρ〈0.05%,余量Fe。本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵鐵水含有較高的碳和鉻，可以確保凝固組織中具有體積分數(shù)超過40%的高硬度(Cr，F(xiàn)e) 7C3型碳化物，確保過共晶高鉻鑄鐵具有優(yōu)異的耐磨性。在此基礎上，加入1.2~1.5%Mn和0.08~0.15%N，可提高過共晶高鉻鑄鐵的淬透性，確保風冷淬火條件下不出現(xiàn)低硬度的珠光體組織。加入0.05~0.10%A1，有利于(Cr，F(xiàn)e)7C3型碳化物的孤立分布，對改善過共晶高鉻鑄鐵的強韌性有利。加入0.3~0.8%Si可以起預脫氧作用，另外，硅固溶于基體，可以對基體起強化作用。
[0008]本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵的鐵水處理過程中，當鐵水溫度達到1520~1550°C時，將鐵水出爐入澆包。然后用喂絲機將直徑q>3.0~5.5mm的合金線送入澆包內(nèi)的鐵水中，合金線距離澆包底部15~35mm，合金線加入量占澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分數(shù)的4.0~5.5%，合金線的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為15.0~18.0%Ti, 5.0~8.0%A1, 4.0~6.0%Y, 3.0~5.0%Ca, 3.0~5.0%Ba, 20.0 ~25.0%Si, 1.5 ~2.5%B, 3.0 ~5.0%V, 4.0 ~6.0%C,余量為 Fe 和不可避免的微量雜質(zhì)。加入上述合金線，可以利用合金線中的合金元素細化過共晶高鉻鑄鐵的凝固組織，改善碳化物的形態(tài)和分布，減少鐵水中的夾雜物以及改善夾雜物的形態(tài)和分布，從而改善鐵水的鑄造性能，確保過共晶高鉻鑄鐵鑄造和使用中不出現(xiàn)開裂。
[0009]最后對過共晶高鉻鑄鐵隨爐加熱到950~1000°C，保溫2~4h，出爐風冷至溫度低于30(TC后，將鑄件重新入爐加熱至480~50(TC，保溫6~12h，隨后爐冷至溫度低于120°C出爐空冷至室溫，其中風冷淬火是為了得到高硬度的馬氏體基體，并使馬氏體基體上含有細小、均勻分布的(Cr，F(xiàn)e)23C6碳化物，從而可提高過共晶高鉻鑄鐵的耐磨性。加熱至480~500°C進行回火處理，可以達到消除淬火應力，減少殘留奧氏體以及穩(wěn)定組織，確保本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵的安全使用。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下特點:
[0011]( 1)本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵中不含貴重合金元素鑰、鎳、鎢、鈮等，具有較低的生產(chǎn)成本；
[0012](2)本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵制備工藝簡便，易于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)；
[0013](3)本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵中含有體積分數(shù)42%~46%的高硬度(Cr，F(xiàn)e) 7C3型碳化物，具有優(yōu)異的耐磨性；
[0014](4)本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵硬度高，強韌性好，確保鑄造和使用中不會發(fā)生開裂事故。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。
[0016]實施例1:
[0017]采用750公斤中頻感應電爐熔煉本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵，具體制備方法如下:
[0018](1)首先在750公斤中頻感應電爐內(nèi)熔煉過共晶高鉻鑄鐵鐵水，過共晶高鉻鑄鐵鐵水的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為 4.02%C, 25.17%Cr, 0.76%Si, 1.49%Mn, 0.084%N, 0.055%A1,
0.031%S, 0.040%P,余量 Fe ；
[0019](2)當上述過共晶高鉻鑄鐵鐵水的溫度達到1549°C時，將鐵水出爐入澆包，然后用喂絲機將直徑(p5.5mm的合金線送入澆包內(nèi)的鐵水中，合金線距離澆包底部15mm，合金線加入量占澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分數(shù)的5.5%，合金線的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為15.06%Ti, 7.83%A
1,5.97%Y, 3.05%Ca, 4.98%Ba, 20.37%Si, 2.50%B, 3.06%V, 5.08%C,余量為 Fe 和不可避免的
微量雜質(zhì)；
[0020](3)當鐵水溫度降至1417°C時，將鐵水澆入鑄型，冷卻3小時，開箱清理過共晶高鉻鑄鐵鑄件；
[0021](4)將上述鑄件隨爐加熱到950°C，保溫3h，出爐風冷至溫度低于300°C后，將鑄件重新入爐加熱至480°C，保溫8h，隨后爐冷至溫度低于120°C出爐空冷至室溫，得到本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵，其力學性能見表1。[0022]實施例2:
[0023]采用750公斤中頻感應電爐熔煉本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵，具體制備方法如下:
[0024](1)首先在750公斤中頻感應電爐內(nèi)熔煉過共晶高鉻鑄鐵鐵水，過共晶高鉻鑄鐵鐵水的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為 4.27%C, 27.95%Cr, 0.33%Si, 1.20%Mn, 0.148%N, 0.087%A1,
0.028%S, 0.046%P,余量 Fe ；
[0025](2)當上述過共晶高鉻鑄鐵鐵水的溫度達到1523°C時，將鐵水出爐入澆包，然后用喂絲機將直徑<_p3.0mm的合金線送入澆包內(nèi)的鐵水中，合金線距離澆包底部35mm，合金線加入量占澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分數(shù)的4.0%，合金線的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為17.94%Ti, 5.09%A
1,4.29%Y, 4.88%Ca, 3.10%Ba, 24.67%Si, 1.59%B, 4.96%V, 4.03%C,余量為 Fe 和不可避免的
微量雜質(zhì)；
[0026](3)當鐵水溫度降至1382°C時，將鐵水澆入鑄型，冷卻6小時，開箱清理過共晶高鉻鑄鐵鑄件；
[0027](4)將上述鑄件隨爐加熱到1000°C，保溫2h，出爐風冷至溫度低于300°C后，將鑄件重新入爐加熱至480°C，保溫12h，隨后爐冷至溫度低于120°C出爐空冷至室溫，得到本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵，其力學性能見表1。
[0028]實施例3:
[0029]采用750公斤中頻感應電爐熔煉本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵，具體制備方法如下:
[0030](1)首先在750公斤中頻感應電爐內(nèi)熔煉過共晶高鉻鑄鐵鐵水，過共晶高鉻鑄鐵鐵水的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為 4.14%C, 26.50%Cr, 0.65%Si, 1.34%Mn, 0.128%N, 0.091%A1,
0.035%S, 0.037%P,余量 Fe ；
[0031](2)當上述過共晶高鉻鑄鐵鐵水的溫度達到1530°C時，將鐵水出爐入澆包，然后用喂絲機將直徑(p4.5mm的合金線送入澆包內(nèi)的鐵水中，合金線距離澆包底部25mm，合金線加入量占澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分數(shù)的5.0%，合金線的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為17.02%Ti, 7.28%A
1,4.86%Y, 3.95%Ca, 4.20%Ba, 23.15%Si, 1.84%B, 3.99%V, 5.75%C,余量為 Fe 和不可避免的
微量雜質(zhì)；
[0032](3)當鐵水溫度降至1398°C時，將鐵水澆入鑄型，冷卻4小時，開箱清理過共晶高鉻鑄鐵鑄件；
[0033](4)將上述鑄件隨爐加熱到980°C，保溫3h，出爐風冷至溫度低于300°C后，將鑄件重新入爐加熱至490°C，保溫10h，隨后爐冷至溫度低于120°C出爐空冷至室溫，得到本發(fā)明過共晶高鉻鑄鐵，其力學性能見表1。
[0034]表1本發(fā)明過共晶聞絡鑄鐵力學性能
[0035]
【權利要求】
1.一種過共晶高鉻鑄鐵制備方法，其特征在于，包括以下步驟:首先在電爐內(nèi)熔煉過共晶高鉻鑄鐵鐵水，過共晶高鉻鑄鐵鐵水的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為 4.0 ~4.3%C, 25.0 ~28.0%Cr, 0.3 ~0.8%Si, 1.2 ~1.5%Mn, 0.08 ~0.15%N, 0.05 ~0.10%A1, S<0.04%, P<0.05%,余量Fe ;當上述過共晶高鉻鑄鐵鐵水的溫度達到1520~1550°C時，將鐵水出爐入澆包；然后用喂絲機將直徑φ3.0~5.5mm的合金線送入澆包內(nèi)的鐵水中，合金線距離澆包底部15~35mm，合金線加入量占澆包內(nèi)鐵水質(zhì)量分數(shù)的4.0~5.5%，合金線的化學組成及其質(zhì)量分數(shù)為15.0~18.0%Ti, 5.0~8.0%A1, 4.0~6.0%Y, 3.0 ~5.0%Ca, 3.0 ~5.0%Ba, 20.0 ~25.0%Si, 1.5 ~2.5%B, 3.0 ~5.0%V, 4.0 ~6.0%C,余量為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)；當鐵水溫度降至1380~1420°C時，將鐵水澆入鑄型，冷卻3~6小時，開箱清理過共晶高鉻鑄鐵鑄件，然后將上述鑄件隨爐加熱到950~1000°C，保溫2~4h，出爐風冷至溫度低于300°C后，將鑄件重新入爐加熱至480~500°C，保溫6~12h，隨后爐冷 至溫度低于120°C出爐空冷至室溫。
2.按照權利要求1的方法制備得到的一種過共晶高鉻鑄鐵。
【文檔編號】C22C33/08GK103789600SQ201410035545
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權日:2014年1月24日
【發(fā)明者】符寒光, 王振, 馮憲章, 蔣志強, 李衛(wèi), 劉建偉, 魏永強, 劉元朋, 文振華 申請人:北京工業(yè)大學