專利名稱：一種過共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種聞絡鑄鐵的制造技術，特別是一種耐磨的過共晶聞絡白口鑄鐵的制備方法。
背景技術：
高鉻白口鑄鐵是一類應用非常廣泛的重要耐磨材料，由于其組織中大量存在的高硬度M7C3型碳化物而具有優良的耐磨性，同時該碳化物形貌呈桿狀分布而較其它白口鑄鐵的韌性有所改善。高鉻白口鑄鐵中的鉻元素不僅可有效提高材料在漿料中的腐蝕抗力，同時大量存在的含鉻的硬質相M7C3型碳化物有力地提高了材料的磨損抗力，提高了耐磨件使用壽命。因此廣泛用于冶金、礦山、水利、電力、化工等領域的各類磨損部件。
在高鉻白口鑄鐵中，碳化物數量的增加對磨損抗力的變化具有重要的影響，但碳化物數量提高到一定程度，將會出現粗大的初生碳化物，導致高鉻白口鑄鐵的韌性急劇下降，服役安全性降低，從而使過共晶高鉻白口鑄鐵失去使用價值。因而，目前用于這一類部件的聞絡白口鑄鐵為碳當量通常以不超過共晶點上限的亞共晶聞絡白口鑄鐵。過共晶高鉻白口鑄鐵的抗磨性優于工業上常用的亞共晶高鉻白口鑄鐵，二者成本相當，所以過共晶聞絡白口鑄鐵性價比聞。但是由于過共晶白口聞絡鑄鐵中存在大量粗大的硬脆相碳化物，使韌性顯著降低，限制了其工業化應用。在保證過共晶高鉻白口鑄鐵高硬度、高耐磨性的同時，若想提高其韌性，最有效地辦法就是細化其中初生碳化物?？梢姡ㄟ^細化碳化物、改善其分布和形態，是提聞過共晶聞絡白口鑄鐵朝性的重要技術手段。為提聞過共晶高鉻白口鑄鐵的韌性，國內外研究人員進行了大量的實驗。發明專利CN1769508A公開了一種低成本高耐磨的過共晶高鉻鑄鐵及其制備方法，其主要成分為 C :3· 5 4. 5%, Mn 1. O 3. 0%, Cr 17 30%，Si 0. 5 I. 5%, Cu I. O 2. 0%，P :彡O. 06%, S O. 06%, Ni ( 1%，余量為鐵。其制備方法是采用二次孕育變質處理的方法細化初生碳化物，包內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。該發明通過預加含TiN、NbN等顆粒的中間合金在包內孕育，作為初生碳化物的異質形核基底。但TiN、NbN等顆粒在鐵水中易團聚，分布均勻性較差，使碳化物的形態和分布均勻性較差，導致鑄件性能波動較大。發明專利CN101173340A公開了一種鑄態高碳高鉻鑄鐵及其制備方法。高碳高鉻鑄鐵化學組成成分是(重量百分比):4. 5-5. 5C，22. 5-30. 8Cr，3. 0-5. 0V,O. 7-1. 2Mn,O. 2-0. 5Nb，0. 5-1. OTi, 0. 08-0. 20Mg，0. 05-0. 20Na，0. 05-0. 20RE，Si < I. 0，其余為 Fe 和不可避免的微量雜質。鑄態高碳高鉻鑄鐵在出爐時用釩鐵顆粒孕育，并用稀土鎂合金和鈉鹽進行復合變質處理，在200-28(TC下進行去應力退火處理后可直接使用。該發明雖然不需要淬火處理，能耗低，生產周期短。但是稀土鎂合金和鈉鹽進行復合變質處理效果不穩定，而且在高溫下易燃燒和揮發，會造成環境污染。
專利文獻W08404760-A1和EP147422-A1公開了一種耐磨鑄造過共晶高鉻白口鑄鐵，其主要成分(Wt%)為:C > 4. O ；Cr25-45 ;MnO_15 ;Mo0_10 ；Ni0-10 ;Β0_2 ;Ti，V，W，Ta 和Nb至少加入一種，每一種元素加入量< 5. O且Ti，V，W，Ta和Nb的總量小于15.0%。這種合金采用低溫澆注，澆注溫度不超過液相線溫度100°C。獲得的初生碳化物尺寸約為75 μ m。由于這種材質需要較低的澆注溫度，在澆注薄壁、復雜件時成形困難，且加入價格較貴的Mo、Ni等元素，導致生產成本過高。專利文獻W02004/103608介紹了一種用消失模生產的過共晶高鉻鑄鐵的方法，可用于生產渣漿泵、旋流器等破碎設備的部件。該方法中模具投資大，不適于單件或小批量鑄件的生產；孕育劑的粒度較小，一般不超過100 μ m，其表面的氧化物等雜質相對較多，會污染鑄件的組織，從而不利于其韌性提高。R. J Llewellyn 等人發表的論文《Scouring erosion resistance of metallicmaterials used in slurry pump service》介紹了一種用常規鑄造生產的初生碳化物細化的過共晶高鉻白口鑄鐵(5C-35%)的耐沖蝕磨損性能，但是該論文并沒有給出細化初生碳化物晶粒的方法。張山綱等人發表的《高碳高鉻白口鑄鐵材料及其應用》一文主要內容為在低溫澆·注的條件下，通過在鐵液中加入一種細化劑(沒有提供細化劑的成分)和1%左右的O. 2 O. 3_合金鐵丸，雖然達到了使過共晶合金(4. 0-6. 0C-30. O 40. 0%)中初生碳化物細化的效果，但是由于采用低溫澆注的方法，使鑄件易產生冷隔等缺陷，成品率較低，質量不穩定。本申請發明人曾加入鈦、硼元素細化過共晶高鉻白口鑄鐵中的初生碳化物，雖然細化效果明顯，但是成形性不易控制，鑄件中易產生縮孔、縮松等缺陷。

發明內容
本發明的目的在于提供一種碳化物的形態和分布均勻、細化效果明顯、材料組織致密的過共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法。為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的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，進一步消除鑄件內部應力，最終得到過共晶聞絡鑄鐵。上述方法中，步驟四中所述的緩慢加熱，升溫速率< 200°C /小時。所述的保溫一段時間，是指按鑄件厚度每增加20mm，保溫時間延長I小時。所述的鍛造變形處理是指，采用十字墩拔方式2-5次，變形速率在O. 1-ΙΟ Γ1，變形比O. 05-0. 5。步驟五所述回火處理的溫度為 250°C -350°C。本發明的優點是I.配方組成中采用C:3. 0-4. 5%，Cr: 15-35%的化學成分，不加入高鉻鑄鐵中常用的提高淬透性元素(如價格較高的鑰和銅等)，原材料成本較低；2.在鍛造處理過程中，過共晶高鉻鑄鐵不僅可以碳化物顯著細化，且組織更加致密，另外，在鍛造過程與空淬處理同時進行；3.采用十字墩拔處理方式2-5次；變形速率在O. l-lOs—1，變形比O. 05-0. 5 ;鑄件朝性明顯提聞。本發明方法所得到的過共晶高鉻白口鑄鐵可用于制作低沖擊磨損工況下礦料、石 料等破碎的錘頭、襯板等工具。


(見后面)圖I為本發明實施例2鍛造前過共晶高鉻鑄鐵組織顯微照片。圖2為本發明實施例2鍛造后過共晶高鉻鑄鐵組織顯微照片。
具體實施例方式以下結合幾個實施例及附圖對本發明作進一步的詳細說明。實施例I(I)過共晶高鉻白口鑄鐵采用廢鋼、生鐵、高碳鉻鐵、錳鐵、硅鐵作為熔煉用原材料，以化學組成(重量百分比)4. 5%C, 15%Cr，0. 5%Μη，0· 5%Si，0. 05%P、0. 04%S，其余為 Fe 確定原材料的配比關系，并進行配料。 (2)先將廢鋼、生鐵混合，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再進一步熔清后，再加入高碳鉻鐵，至溫度達到1450°C ;待熔清并采用鋁絲脫氧后，鑄液靜置2分鐘，在鑄液液面除渣后，將鑄液迅速出爐倒入澆包，進行除渣處理。(3)當鑄液溫度為1300°C時，將鑄液倒入普通砂型澆注成形，即得過共晶高鉻白口鑄鐵件；澆注完成8小時后打箱取出鑄件。(4)將過共晶高鉻白口鑄鐵件表面清理干凈后，放入電爐中緩慢升溫(80°C /小時)加熱至700°C，根據鑄件最大厚度為70mm，確定保溫時間為3. 5小時。(5)然后迅速出爐放入鍛機上進行鍛造變形處理，該過程同時起到空淬的作用，使過共晶高鉻鑄鐵的基體變成馬氏體組織。具體的鍛造變形工藝為墩拔方式十字墩拔；墩拔處理2次，變形速率在O. ls_\變形比O. 05。(6)最后進行回火處理(保溫溫度為250°C)進一步消除鑄件內部應力。通過測試，本例所得過共晶高鉻鑄鐵組織及性能如表I所示實施例2本實施例步驟大部分同實施例1，不同之處如下(I)化學組成(重量百分比)為3. 0%C，35%Cr，I. 5%Mn, I. 5%Si,0. 02%P、0. 04%S，其余為Fe。(3)當鑄液溫度為1350°C時，將鑄液倒入普通砂型澆注成形。
(4)將鑄件表面清理干凈后，放入電爐中緩慢升溫(200°C /小時)加熱至1000°C。(5)墩拔處理5次，變形速率在10s—1，變形比O. 5。(6)最后進行回火處理(保溫溫度為350°C)。通過測試，本例所得過共晶高鉻鑄鐵組織及性能如表I所示實施例3本實施例步驟大部分同實施例1，不同之處如下 (I)化學組成(重量百分比)為4. 0%C, 25%Cr, I. 0%Mn, I. 0%Si,0. 03%P、0. 03%S，其余為Fe。(3)當鑄液溫度為1350°C時，將鑄液倒入普通砂型澆注成形。(4)將鑄件表面清理干凈后，放入電爐中緩慢升溫(100°C /小時)加熱至900°C。(5)墩拔處理3次，變形速率在4. 5s_S變形比O. I。(6)最后進行回火處理(保溫溫度為350°C)。通過測試，本例所得過共晶高鉻鑄鐵組織及性能如表I所示表I
權利要求
1.一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，進一步消除鑄件內部應力，最終得到過共晶聞絡鑄鐵。
2.如權利要求I所述的過共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟四中所述的緩慢加熱，升溫速率< 200°C /小時。
3.如權利要求I所述的過共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟四中所述的保溫一段時間，是指按鑄件厚度每增加20mm，保溫時間延長I小時。
4.如權利要求I所述的過共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟四中所述的鍛造變形處理是指，采用十字墩拔方式2-5次，變形速率在O. I-IOiT1，變形比O. 05-0. 5。
5.如權利要求I所述的過共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，其特征在于，步驟五所述回火處理的溫度為250°C -350°C。
全文摘要
本發明公開了一種過共晶高鉻白口鑄鐵的制備方法，包括以下步驟采用廢鋼、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%Mn，0.5-1.5%Si，＜0.06%P、＜0.06%S，其余為Fe進行配料；原料在電爐中熔化后脫氧，然后將鑄液迅速出爐倒入澆包；當溫度降至1300℃-1350℃時，將鑄液倒入砂型澆注成形；將鑄件放入電爐中加熱至700℃～1000℃保溫，然后迅速出爐放入鍛機上進行鍛造變形處理；最后對鍛件進行回火處理，最終得到過共晶高鉻鑄鐵。
文檔編號C21D8/00GK102925783SQ201210378470
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者皇志富, 邢建東, 高義民, 馬勝強, 李燁飛 申請人:西安交通大學