專利名稱：一種用于固體物料輸送管的高流動性高耐磨性合金材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于固體物料輸送管的高流動性高耐磨性合金材料，屬于鑄造技 術(shù)領(lǐng)域。特別適用于鑄造生產(chǎn)各種管件、彎頭、三通、閥門、泵葉等耐磨、薄壁鑄件。
背景技術(shù)：
研究和發(fā)展新型耐磨材料，減少金屬磨損，對國民經(jīng)濟(jì)具有重要的意義。在現(xiàn)有的 耐磨材料中，高鉻白口鑄鐵是一個重要的分支，其成分特點為高碳高鉻，其微觀組織特點為 基體金屬上彌散分布有碳化鉻硬質(zhì)相。其缺點主要是合金含量高，對于壁厚較薄的零件，合 金使用量偏大，合金浪費大。鎳硬白口鑄鐵也是一類重要的耐磨材料，該類合金是國際鎳公司Climax在1擬8 年研制成功的，它是在普通白口鑄鐵中加入3.0% 5.0%的Ni和1.5% 3.0%的Cr，鑄 態(tài)組織為(Fe+Cr)3C+馬氏體+奧氏體。在較高含鉻量的鎳硬IV型鑄鐵中，出現(xiàn)了部分M7C3 型碳化物，在一定程度上破壞了碳化物的網(wǎng)狀分布，從而改善了韌性。鎳硬白口鑄鐵在強 度、硬度和耐磨性方面都優(yōu)于普通白口鑄鐵且生產(chǎn)工藝簡單，故得到了廣泛應(yīng)用。但該類耐 磨合金材料存在如下兩個缺點1、由于碳化物主要是連續(xù)片狀的滲碳體，脆性較大。近年來 雖然研究通過熱處理方法獲得貝氏體+回火馬氏體，以得到較高的綜合力學(xué)性能，但是抗 磨損能力仍舊有限；2、對鎳元素的需求較大，因而成本較高。近年來為了節(jié)約鎳，開展了以 錳、銅代鎳的研究工作，試驗結(jié)果表明，要得到相同的性能，鎳只能被部分代替。高錳鋼也是目前應(yīng)用較為廣泛的一種耐磨材料，其鑄態(tài)組織是奧氏體+馬氏體+ 碳化物，水韌處理后為單一奧氏體組織。高錳鋼的主要特征是屈服強度低，具有極高的韌 性，使用中易變形，但可以產(chǎn)生加工硬化，從而具有良好的耐磨性。但是高錳鋼的主要缺點 是必需有較大的沖擊載荷和高應(yīng)力，才能使組織得到有效硬化，從而起到抵抗磨損的作 用。對于低應(yīng)力使用工況，高錳鋼的耐磨性很差，因此用于固體物料輸送管道是不適用的。如將高耐磨性合金鑄鐵用于固體物料輸送管道的雙金屬鑄造，存在的主要問題是 流動性差，內(nèi)部高耐磨合金層的厚度不能小于16毫米，若厚度小于16毫米，便會發(fā)生澆不 足缺陷，使產(chǎn)品成品率大幅度降低；如選擇過厚的合金層，除管道重量增加、產(chǎn)品成本提高 外，還導(dǎo)致凝固晶粒組織粗大，材料耐磨性降低。為此，選擇一種即具有高耐磨性的合金材 料，又具有良好鑄造流動性的材料，是非常重要的。為此，發(fā)明人就以上內(nèi)容，對相關(guān)耐磨材料及鑄造工藝專利檢索，其相關(guān)內(nèi)容引述 如下1、中國專利200810150461. 1，公開了一種公開了一種鐵硼鑄造耐磨合金中硬質(zhì)相 Fe2B的韌化處理方法，該專利涉及的硬質(zhì)相為!^e2B且強調(diào)通過熱處理得到較好的韌性，一 般不用于固體物料輸送管的鑄造成形。2、中國專利95112491. 9，公開了一種低合金耐磨鑄鋼管及其鑄造方法，該專利由 于強調(diào)可焊性而將成分控制在低碳范圍，因而發(fā)揮耐耐磨作用的硬質(zhì)相與本專利不同，且 使用離心鑄造方法生產(chǎn)鑄鋼管。
3、中國專利97100251. 7，公開了一種高硬度可焊耐磨鑄造合金，該專利強調(diào)材料 的焊接性，一般不用于固體物料輸送管的鑄造成形。4、中國專利01107155. 9，公開了一種高抗磨離心鑄管，該專利的成分特征是 CO. 25 0. 55 %，Sil. 0 2. 0 %，Mn2. 0 3. 0 %，B0. 0005 0. 005 %，S ≤ 0. 035 %, P≤O. 035%，余量為Fe，因此該專利所公開的合金也屬低碳合金材料，且該材料采用離心鑄造。5、中國專利02132929. X，公開了一種鑄造鉻鎢多元低合金耐磨鋼及其生產(chǎn)工 藝，該專利的成分特征是碳0. 3-0. 6 %、硅0. 8-1. 4 %、錳0. 8-1. 2 %、鉻1. 8-2. 5 %、鎢 0. 6-1. 5%、鉬 0. 5-0. 6%、銅 0. 5-0. 6%、釩 0. 08-0. 15%、稀土 0. 06-0. 12%，其余為鐵，因 此該專利所公開的合金也屬低碳合金材料，且該材料合金流動性有限，對于薄壁管類零件 的鑄造不適應(yīng)。上述所列耐磨材料均有以下缺陷或不足1、硬質(zhì)相提高耐磨性有限；2、合金流動性較差，不適宜采用消失模鑄造生產(chǎn)薄壁管件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的是提供一種用于固體物料輸送管的高流動性高耐磨性合金材 料，基本能夠克服上述耐磨材料的缺點，因而可以獲得性能更為優(yōu)越的耐磨、薄壁產(chǎn)品。本發(fā)明專利的技術(shù)方案如下一種用于固體物料輸送管的高流動性高耐磨性合 金材料，合金的組成重量％為接近I^e-C-Cr三元相圖兩相液相共晶線范圍的成分；含有 0. 10 0.50% (重量)的磷元素，降低液相線及共晶溫度，延長合金保持液態(tài)的時間，使 合金具有較好的流動性；鉻的合金碳化合物的含量均勻分布在基體相上，提高了合金的耐 磨性；根據(jù)合金中鉻含量不同，減少碳和銅合金含量，分為四類，各元素含量的重量百分比 為第I 類，鉻 5. 0-7. 0%，碳 3. 6-4. 0%，鉬 0-0. 5%，錳 0. 5-1. 3%，銅 0. 8-1. 5%，稀 土 0-0. 5 %，磷 0. 10-0. 50 %，余量為鐵；第II 類，鉻 13. 0-16. 0%，碳 3. 2-3. 8%，鉬 0-0· 5%，錳0· 5-1. 3%，銅0· 5-1. 0%, 稀土 0-0. 5 %，磷 0. 10-0. 50 %，余量為鐵；第III 類，鉻 19. 0-21. 0 %，碳 2. 9-3. 3 %，鉬 0-0. 5 %，猛 0. 5-1. 3 %，銅 0. 3-0. 8 %，稀土 0-0. 5 %，磷 0. 10-0. 50 %，余量為鐵；第IV類，鉻26. 0-29. 0%，碳 2. 5-3. 0%，鉬 0-0· 5%, 110. 5-1. 3%，銅0· 3-0. 8%, 稀土 0-0. 5%，磷0· 10-0. 50%，余量為鐵。上述合金材料設(shè)計原則是1)合金成分控制在!^e-C-Cr三元相圖兩相液相線附 近；2)含有0. 10% 0. 50%的磷元素存在，以降低液相線及共晶溫度，延長液態(tài)保持時間， 增加合金的流動性。另外磷元素可以產(chǎn)生斷續(xù)、碎網(wǎng)狀、細(xì)小而均勻分布的磷共晶，該共晶 組織一方面起著支撐骨架的作用，同時提高了耐磨性，幻高含碳量的成分，大幅度增加硬質(zhì) 相鉻的碳化合物的體積分?jǐn)?shù)，從而顯著的提高固體物料輸送管道的耐磨性。合金的顯微組織特征是以馬氏體和殘余奧氏體為基體相，鉻的碳化合物為主要硬 質(zhì)強化相，另外由于合金成分在三元相圖兩相液相線附近，且由于有磷元素的存在，使合金具有較好的流動性，因此特別適合用來鑄造生產(chǎn)各種管件、彎頭、三通、閥門、泵葉等耐磨、
薄壁產(chǎn)品。熔煉時，可以選用電弧爐，也可以選用感應(yīng)爐，首先加入廢鐵廢鋼原料，待熔清后， 再加入鉻鐵，爐料配比根據(jù)鉻元素的含量來確定，待爐料全部熔化后進(jìn)行爐前取樣成分分 析，根據(jù)分析結(jié)果，如果鉻元素低于上述范圍，則再補加鉻元素的原料，如果高于上述范圍， 則再加碳鋼料或生鐵，最終調(diào)整爐料成分配比合格。出爐前，根據(jù)此時的爐料總量將錳鐵 合金加入熔煉爐，最后加入脫氧劑，攪拌、扒S，1600°c左右出爐，以適當(dāng)?shù)臐沧⑺俣冗M(jìn)行澆 注。以上合金材料鑄造完畢后，無需進(jìn)行淬火熱處理，僅需通過低溫回火，以減少鑄造 應(yīng)力。本發(fā)明合金的顯微組織特征是以馬氏體和殘余奧氏體為基體相，鉻的碳化合物 為主要硬質(zhì)強化相，基體相與硬質(zhì)強化相間結(jié)合牢固，且硬質(zhì)強化相的顯微硬度可高達(dá) 1200-1600HV50，宏觀硬度高達(dá)HRC50-65以上，且具有較好的合金流動性。本發(fā)明的有益效果是1.合金成分有效控制了 Cr的含量，避免了 M元素的應(yīng)用，降低了成本；2.合金的顯微組織特征是以馬氏體和殘余奧氏體為基體相，鉻的碳化合物為主要 硬質(zhì)強化相，基體相與硬質(zhì)強化相間結(jié)合牢固，合金具有較好的耐磨性、抗疲勞性和韌性， 綜合力學(xué)性能優(yōu)良；3.合金具有較好的流動性，因此特別適合用于鑄造生產(chǎn)各種管件、彎頭、三通、閥 門、泵葉等耐磨、薄壁制件。


圖1是利用本發(fā)明鑄造的礦山設(shè)備用泥漿輸送管示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1的俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實施例1 如圖1-圖3所示為某礦山設(shè)備用泥漿輸送管示意圖，管體有兩道垂直 彎折，且兩端配焊有法蘭結(jié)構(gòu)，每個凈重約40kg。熔煉時候，采用430kg中頻感應(yīng)熔煉爐，每爐澆注10個。首先加入生鐵和廢鋼 180kg置于爐底，再加入回爐料160kg。待爐料全部熔化后加入鉻鐵？、純銅？及磷鐵？，升 溫至1600°C左右進(jìn)行爐前取樣成分分析，元素成分合格后，將1號錳鐵3kg及加入熔煉爐， 最后加入Ikg鋁進(jìn)行脫氧，充分?jǐn)嚢?、扒渣，升?分鐘出爐澆注。出爐鋼水的成分為(重 fi% ) :C3. 0，Crl7，Mnl. 5，MoO. 5，P0. 5，CuO. 8，稀土 0. 6，余量為 Fe，為上述第 III 類所顯 示的比例。采用消失模鑄造方法生產(chǎn)固體物料雙金屬輸送管。該實施例所得鋼管的力學(xué)性能 指標(biāo)如下屈服強度840MPa，抗拉強度1050MPa，沖擊值19. 8J，洛氏硬度HRC = 68。金相組 織呈現(xiàn)為為馬氏體基體相，并有殘余奧氏體，硬質(zhì)相為鉻的合金碳化合物。
權(quán)利要求
1. 一種用于固體物料輸送管的高流動性高耐磨性合金材料，其特征在于合金的組成 含量重量％為接近!^e-C-Cr三元相圖兩相液相共晶線范圍的成分；含有0. 10 0. 50% (重 量)的磷元素，降低了液相線及共晶溫度，延長了合金保持液態(tài)的時間，使合金具有較好的 流動性；鉻的合金碳化合物的含量，均勻分布在基體相上，提高了合金的耐磨性；根據(jù)合金 中鉻含量不同，減少碳和銅合金含量，分為四類，各元素含量的重量百分比為第 I 類，鉻 5. 0-7. 0 %，碳 3. 6-4. 0 %，鉬 0-0. 5 %，錳 0. 5-1. 3 %，銅 0. 8-1. 5 %，稀土 0-0. 5 %，磷 0. 10-0. 50 %，余量為鐵；第 II 類,鉻 13. 0-16. 0%，碳 3. 2-3. 8%，鉬 0-0. 5%, 110. 5-1. 3%，銅0. 5-1. 0%，稀土 0-0. 5 %，磷 0. 10-0. 50 %，余量為鐵；第 III 類，鉻 19. 0-21. 0%，碳 2. 9-3. 3%，鉬 0-0. 5%，猛 0. 5-1. 3%，銅 0. 3-0. 8%，稀 土 0-0. 5 %，磷 0. 10-0. 50 %，余量為鐵；第 IV類，鉻 26. 0-29. 0%，碳 2. 5-3. 0%，鉬 0-0. 5%, 110. 5-1. 3%，銅 0. 3-0. 8%，稀土 0-0. 5%，磷0· 10-0. 50%，余量為鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于固體物料輸送管的高流動性、高耐磨性合金材料。其合金組成含量選擇方案為接近Fe-C-Cr三元相圖兩相共晶線；含有0.10～0.50％(重量)的磷元素；高含碳量的高耐磨、高流動性合金。本發(fā)明合金的顯微組織特征是以馬氏體和殘余奧氏體為基體相，鉻的碳化合物為主要硬質(zhì)強化相，基體相與硬質(zhì)強化相間結(jié)合牢固，且硬質(zhì)強化相的顯微硬度可高達(dá)1200-1600HV50，宏觀硬度高達(dá)HRC50-65以上。有益效果是具有較好的合金流動性，因此特別適合通過消失模鑄造的方法來生產(chǎn)各種管件、彎頭、三通、閥門、泵葉等耐磨、薄壁制件。
文檔編號C22C38/36GK102146546SQ201010111679
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者孫琨, 岑啟宏, 方亮, 王延慶, 王治國, 齊笑冰 申請人:徐州勝海機(jī)械制造科技有限公司, 西安交通大學(xué)