一種特高鉻鑄鐵及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種特高鉻鑄鐵，各成分及重量百分比為：C：2.9—3.0％、Cr：26—27％、Mn：0.8—0.9％、Si：1.05—1.2％、Cu：0.8—0.9％、Ni：0.8—0.9％、B：0.003—0.004％、Ti：0.01—0.02％、Re：0.025—0.035％、S：≤0.045％、P：≤0.055％；余量為Fe。本發(fā)明高鉻鑄鐵通過合理配方設計、熔煉、變質、澆注、脫氧等加工工藝，讓高鉻鑄鐵具有良好的耐磨性、硬度、強度、耐腐蝕性、韌性，通過澆注時間、砂型溫度的控制，有效的防止縮松、縮孔的產(chǎn)生，也提高了高鉻鑄鐵的韌性和耐磨性，表面硬度60—63HRC，沖擊值≥7J/cm2，使用壽命為12000—13000小時。
【專利說明】一種特高鉻鑄鐵及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種特高鉻鑄鐵及其制備方法。

【背景技術】
[0002]高鉻鑄鐵是高鉻白口抗磨鑄鐵的簡稱，是一種性能優(yōu)良而受到特別重視的抗磨材料。它以比合金鋼高得多的耐磨性，和比一般白口鑄鐵高得多的韌性、強度，同時它還兼有良好的抗高溫和抗腐蝕性能，加之生產(chǎn)便捷、成本適中，而被譽為當代最優(yōu)良的抗磨料磨損材料之一。
[0003]高鉻鑄鐵屬金屬耐磨材料、抗磨鑄鐵類鉻系抗磨鑄鐵的一個重要分支，是繼普通白口鑄鐵、鎳硬鑄鐵而發(fā)展起來的第三代白口鑄鐵。早在1917年就出現(xiàn)了第一個高鉻鑄鐵專利。高鉻鑄鐵一般泛指含Cr量在11-30%之間，含C量在2.0-3.6%之間的合金白口鑄鐵。
[0004]在采礦、水泥、電力、筑路機械、耐火材料等方面應用十分廣泛，常見于襯板、錘頭、磨球材質。80年代以后更被廣泛用于拋丸清理機的室體制作和拋丸器葉片、襯板的制作上，能非常有效防止高速密集的彈丸束擊穿鋼板殼體。
[0005]聞絡鑄鐵化學成分的基本原則:
[0006]①采用亞共晶成分，最好控制在接近共晶成分，越接近越好；不要選用過共晶成分；鉻和碳的搭配要遵循接近且稍低于共晶碳含量的原則，以確保亞共晶成分和亞共晶組織，同時得到最佳鑄造工藝性能，如超過則組織中會出現(xiàn)粗大的過共晶初生碳化物，初生碳化物的橫截面外形呈規(guī)則的六角形，其內(nèi)部有共晶成分的組織及縮孔，這種粗大的初生碳化物在磨料顆粒的沖擊擠壓下會碎裂剝落，以致脫離基體成為細小碳化物碎粒，夾在金屬磨擦中間起著磨料磨損作用，當碎粒壓入磨損件表面，會犁出一道道溝槽引起磨損加??；
[0007]②應確保共晶碳化物為M7C3 ；
[0008]③共晶碳化物數(shù)量(含量)適宜；
[0009]④耐磨性與使用工況所要求的韌性應達到最佳配合；
[0010]⑤有足夠的淬透性，空淬時不出現(xiàn)珠光體及索氏體等高溫轉變組織。
[0011]現(xiàn)有技術中的特高鉻鑄鐵的配方有待改進，制備方法有待優(yōu)化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種特高鉻鑄鐵及其制備方法，通過改善配方，優(yōu)化加工工藝，提高特高鉻鑄鐵的機械性能。
[0013]為了解決上述問題，本發(fā)明提供的技術方案為:
[0014]一種特高鉻鑄鐵，各成分及重量百分比為:C:2.9—3.0%, Cr:26— 27 %、Mn:
0.8—0.9%, Si:1.05—1.2%, Cu:0.8—0.9%, Ni:0.8—0.9%, B:0.003—0.004%, Ti:
0.01—0.02%, Re:0.025—0.035%, S..( 0.045%,P..( 0.055% ;余量為 Fe。
[0015]優(yōu)選的，各成分及重量百分比為:C:2.92—3.0%, Cr:26.2—27 %、Mn:0.8—0.88%, Si:1.1—1.2%, Cu:0.82—0.9%, Ni:0.8—0.87%, B:0.0032—0.004%, Ti:
0.012—0.02%,Re:0.028—0.035%, S:≤ 0.045%,P..( 0.055% ;余量為 Fe。
[0016]優(yōu)選的，各成分及重量百分比為:C:2.92%, Cr:26.8%, Mn:0.85%, S1:1.15%,Cu:0.88%,Ni:0.82%,B:0.0032%,T1:0.016%,Re:0.032%, S:0.045%,P:0.05% ;余量為Fe。
[0017]優(yōu)選的，各成分及重量百分比為:C:2.96%, Cr:26.4%, Mn:0.84%, S1:1.13%,Cu:0.85%,Ni:0.86%,B:0.0036%,T1:0.012%,Re:0.028%,S:0.042%,P:0.051% ;余量為Fe。
[0018]特高鉻鑄鐵的制備方法，包括以下步驟:
[0019](I)制備砂型；
[0020](2)原料熔煉:加入廢鋼和生鐵熔清，先用珍珠砂覆蓋液面，溫度為1530— 1535°C時加入錳鐵；溫度為1535— 1550°C時加入硅鐵、鉻鐵調整成分，出鐵前7—9分鐘加入硼鐵、鈦鐵進行變質處理，沉淀脫氧處理；
[0021](3)將鐵水倒入鋼包，溫度1480— 1500°C ;加入Re進行孕育處理:粒度0.7—
0.9mm，在45— 50%的鐵水倒入鋼包時加入；最后加入鋼包覆蓋劑；
[0022](4)向鋼包中加入保溫聚渣劑覆蓋液面，并鎮(zhèn)靜8—10分鐘，再進行扒渣處理、終脫氧處理；
[0023](5)澆鑄:溫度為 1380— 1390°C ；
[0024](6)淬火處理:2001:以下裝爐，在2001:保溫1.2—1.4小時，在溫度為640—6501:時，保溫1.2—1.4小時；在溫度為1010—1030°C時，保溫0.9—1.1小時，然后空淬；
[0025](7)回火處理:在溫度為220—230°C時，保溫1.2—1.4小時，在溫度為480—500°C時，保溫1.4一1.5小時，然后冷卻至室溫。
[0026]優(yōu)選的，步驟(5)澆鑄時，砂型的溫度控制在220—240°C。防止縮松、縮孔的產(chǎn)生。
[0027]優(yōu)選的，步驟(5)澆鑄時，砂型的溫度控制在225— 235 °C。
[0028]優(yōu)選的，步驟(5)澆鑄時長為6— 8分鐘。避免鐵液變質后衰退至初始狀態(tài)，同時防止縮松、縮孔的產(chǎn)生，避免降低顯微組織密度和致密度及晶粒之間的有機聯(lián)系和連接強度，從而避免降低鑄鐵的韌性和耐磨性。
[0029]高鉻鑄鐵鑄態(tài)顯微組織在室溫時白色基體為初生奧氏體及其轉變產(chǎn)物，骨骼狀組織為共晶碳化物相互構成的樹枝狀結晶。高鉻鑄鐵的共晶結晶與普通白口鑄鐵不同，當鑄鐵中含鉻量足夠高時，共晶結晶的固液相界面不規(guī)則，結晶區(qū)域變得較寬，呈現(xiàn)糊狀結晶的特征。這樣，冷到共晶線時，共晶碳化物趨于小平面方式生長，而共晶奧氏體趨于樹枝狀方式生長，這樣，普通白口鑄鐵的共晶滲碳體為板片狀結構，而高鉻鑄鐵共晶碳化物為斷續(xù)的塊狀，這就是高鉻鑄鐵抗磨性和力學性能優(yōu)于普通白口鑄鐵的主要原因。
[0030]高鉻鑄鐵的組織和性能在某種意義上講，主要取決于鉻和碳的含量。高碳低鉻時，其共晶碳化物為M3C ;低碳高鉻時，其共晶碳化物為M23C6 ;碳與鉻適當配合則可得理想M7C3。M7C3的硬度達1200~1800HV，六方晶系，這種碳化物孤立分布，呈團球狀和菊花狀以及蠕蟲狀，對基體的割裂作用較小，高鉻鑄鐵的韌性較好。碳量決定碳化物數(shù)量，隨著含碳量增加，將增加碳化物數(shù)量，提高耐磨性。但隨著含碳量增加基體中固溶合金元素減少，使基體得不到強化，引起淬透性降低。
[0031]對高鉻鑄鐵而言，淬火態(tài)的耐磨性優(yōu)于鑄態(tài)，無論是淬火態(tài)或鑄態(tài)，其耐磨性先是隨含碳量增加而提高，當含碳量達到3.1 %時耐磨性最佳，進一步提高含碳量耐磨性逐漸降低。鉻量決定碳化物類型，高鉻鑄鐵具有優(yōu)越的耐磨性主要是顯微組織中含有較多的M7C3碳化物所致。在碳化物與耐磨性關系中，耐磨性也是先隨碳化物量增加而提高，當碳化物量增加到30%時，耐磨性的提高就不明顯了。
[0032]鉻除與碳形成碳化物外，尚有部分溶解于奧氏體中提高淬透性，當碳量不變增加鉻量，或鉻量不變降低碳量，均能使淬透性提高。當共晶碳化物不變，且Cr/C為6.5—8時，高鉻鑄鐵的斷裂紋擴展能力最強，綜合分析，C:2.9—3.0%, Cr:26— 27%。
[0033]C:與Fe、Cr、Mn形成穩(wěn)定的化合物，通過熱處理提高硬度和耐磨性；C與其他元素產(chǎn)生協(xié)同作用，提高高鉻鑄鐵的綜合性能。
[0034]Mn:是強化元素，融入鐵素體，強化基體，能夠細化組織，提高高鉻鑄鐵的強度、硬度、耐磨性。
[0035]Cr:提高材料的淬透性，能有效防止游離態(tài)的石墨產(chǎn)生，使普通滲碳體轉變?yōu)楹辖饾B碳體，以提高高鉻鑄鐵整體的強度和硬度，具有良好的耐腐蝕性和抗氧化性能，阻止石墨化、提高淬透性。
[0036]S1:一般W(Si)控制在0.5%~1.3%之間。隨著高鉻鑄鐵的深入研究，許多發(fā)達國家標準中硅含量控制在小于1.5 %，多數(shù)控制在1.2~1.3 %，尤其是生產(chǎn)濕磨鑄件時，硅控制的上線，以提高耐蝕性。較高的硅有利于提高鑄鐵的鑄造工藝性能，如流動性、利于脫氧；改善共晶碳化物形狀；增加共晶碳化物數(shù)量，硅與鐵的親和力大于鉻與鐵的親和力?’強化基體組織等有利作用。值得指出的是:硅量超限時，淬透性不足將引起影響材料的耐磨性。
[0037]Mo:高鉻鑄鐵中一部分進入碳化物，一部分溶入奧氏體，在亞共晶高鉻白口鑄鐵中，溶入奧氏體基體中的鑰主要是提高淬透性，能夠有效地抑制滲碳體聚集，強化奧氏體組織，使強度和硬度增加，形變硬化性能增強，從而改善抗磨能力。
[0038]Cu:能強化集體、提高淬透性。
[0039]N1:不溶于碳化物中，全部進入到基體中，強化集體、提高淬透性。
[0040]B、T1:細化晶粒，尤其是共晶碳化物；提高基體淬透性。
[0041]Re:改善高鉻鑄鐵的韌性和耐磨性。
[0042]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0043]本發(fā)明高鉻鑄鐵通過合理配方設計、熔煉、變質、澆鑄、脫氧等加工工藝，讓高鉻鑄鐵具有良好的耐磨性、硬度、強度、耐腐蝕性、韌性，通過澆鑄時間、砂型溫度的控制，有效的防止縮松、縮孔的產(chǎn)生，也提高了高鉻鑄鐵的韌性和耐磨性，表面硬度60— 63HRC，沖擊值≥7J/cm2，使用壽命為12000—13000小時。

【具體實施方式】
[0044]下面對本發(fā)明做進一步說明:
[0045]實施例1:
[0046]一種特高鉻鑄鐵，各成分及重量百分比為:C:2.9%、Cr:27%, Mn:0.8%, Si:1.2%, Cu:0.8%,Ni:0.9%,B:0.003%,T1:0.02%, Re:0.025%, S:0.04%,P:0.055% ；余量為Fe。
[0047]特高鉻鑄鐵的制備方法，包括以下步驟:
[0048](I)制備砂型；
[0049](2)原料熔煉:加入廢鋼和生鐵熔清，先用珍珠砂覆蓋液面，溫度為1530°C時加入錳鐵；溫度為1550°C時加入硅鐵、鉻鐵調整成分，出鐵前7分鐘加入硼鐵、鈦鐵進行變質處理，沉淀脫氧處理；
[0050](3)將鐵水倒入鋼包，溫度1500°C ;加入Re進行孕育處理:粒度0.7mm，在50%的鐵水倒入鋼包時加入；最后加入鋼包覆蓋劑；
[0051](4)向鋼包中加入保溫聚渣劑覆蓋液面，并鎮(zhèn)靜8分鐘，再進行扒渣處理、終脫氧處理；
[0052](5)澆鑄:溫度為1390°C，砂型的溫度控制在220°C，澆鑄時長為8分鐘；
[0053](6)淬火處理:200°C以下裝爐，在200°C保溫1.2小時，在溫度為650°C時，保溫1.2小時；在溫度為10301:時，保溫0.9小時，然后空淬；
[0054](7)回火處理:在溫度為230°C時，保溫1.2小時，在溫度為500°C時，保溫1.4小時，然后冷卻至室溫。
[0055]實施例2:
[0056]一種特高鉻鑄鐵，各成分及重量百分比為:C:3.0%、Cr:26%, Mn:0.9%, Si:1.05%,Cu:0.9%,N1:0.8%,B:0.004%,T1:0.01%,Re:0.035%,S:0.045%,P:0.05% ；
余量為Fe。
[0057]特高鉻鑄鐵的制備方法，包括以下步驟:
[0058](I)制備砂型；
[0059](2)原料熔煉:加入廢鋼和生鐵熔清，先用珍珠砂覆蓋液面，溫度為1535°C時加入錳鐵；溫度為1535°C時加入硅鐵、鉻鐵調整成分，出鐵前9分鐘加入硼鐵、鈦鐵進行變質處理，沉淀脫氧處理；
[0060](3)將鐵水倒入鋼包，溫度1480°C ;加入Re進行孕育處理:粒度0.9mm，在45%的鐵水倒入鋼包時加入；最后加入鋼包覆蓋劑；
[0061](4)向鋼包中加入保溫聚渣劑覆蓋液面，并鎮(zhèn)靜10分鐘，再進行扒渣處理、終脫氧處理；
[0062](5)澆鑄:溫度為1380°C，砂型的溫度控制在240°C，澆鑄時長為6分鐘；
[0063](6)淬火處理:200°C以下裝爐，在200°C保溫1.4小時，在溫度為6401:時，保溫
1.4小時；在溫度為1010°C時，保溫1.1小時，然后空淬；
[0064](7)回火處理:在溫度為220°C時，保溫1.4小時，在溫度為480°C時，保溫1.5小時，然后冷卻至室溫。
[0065]實施例3:
[0066]一種特高鉻鑄鐵，各成分及重量百分比為:C:2.95%,Cr:26.5%,Mn:0.85%,Si:
1.l%Xu:0.85%,N1:0.85%,B:0.0035%,T1:0.015%,Re:0.03%,S:0.03%,P:0.04%；
余量為Fe。
[0067]特高鉻鑄鐵的制備方法，包括以下步驟:
[0068](I)制備砂型；
[0069](2)原料熔煉:加入廢鋼和生鐵熔清，先用珍珠砂覆蓋液面，溫度為1532°C時加入錳鐵；溫度為1540°C時加入硅鐵、鉻鐵調整成分，出鐵前8分鐘加入硼鐵、鈦鐵進行變質處理，沉淀脫氧處理；
[0070](3)將鐵水倒入鋼包，溫度1490°C ;加入Re進行孕育處理:粒度0.8mm，在48%的鐵水倒入鋼包時加入；最后加入鋼包覆蓋劑；
[0071](4)向鋼包中加入保溫聚渣劑覆蓋液面，并鎮(zhèn)靜9分鐘，再進行扒渣處理、終脫氧處理；
[0072](5)澆鑄:溫度為1385°C，砂型的溫度控制在230°C，澆鑄時長為7分鐘；
[0073](6)淬火處理:200°C以下裝爐，在200°C保溫1.3小時，在溫度為645°C時，保溫
1.3小時；在溫度為1020°C時，保溫I小時，然后空淬；
[0074](7)回火處理:在溫度為225°C時，保溫1.3小時，在溫度為490°C時，保溫1.45小時，然后冷卻至室溫。
[0075]實施例4:
[0076]一種特高鉻鑄鐵，各成分及重量百分比為:C:2.92%,Cr:26.8%,Mn:0.85%,Si:
1.15%, Cu:0.88%, N1:0.82%, B:0.0032 %、T1:0.016 %、Re:0.032%, S:0.045%, P:
0.05% ;余量為Fe。
[0077]特高鉻鑄鐵的制備方法，包括以下步驟:
[0078](I)制備砂型；
[0079](2)原料熔煉:加入廢鋼和生鐵熔清，先用珍珠砂覆蓋液面，溫度為1534°C時加入錳鐵；溫度為1545°C時加入硅鐵、鉻鐵調整成分，出鐵前7.5分鐘加入硼鐵、鈦鐵進行變質處理，沉淀脫氧處理；
[0080](3)將鐵水倒入鋼包，溫度1485°C;加入Re進行孕育處理:粒度0.75mm，在46%的鐵水倒入鋼包時加入；最后加入鋼包覆蓋劑；
[0081](4)向鋼包中加入保溫聚渣劑覆蓋液面，并鎮(zhèn)靜8.5分鐘，再進行扒渣處理、終脫氧處理；
[0082](5)澆鑄:溫度為1385°C，砂型的溫度控制在235°C，澆鑄時長為7分鐘；
[0083](6)淬火處理:200°C以下裝爐，在200°C保溫1.25小時，在溫度為640°C時，保溫
1.25小時；在溫度為1035°C時，保溫0.95小時，然后空淬；
[0084](7)回火處理:在溫度為228°C時，保溫1.22小時，在溫度為485°C時，保溫1.48小時，然后冷卻至室溫。
[0085]實施例5:
[0086]一種特高鉻鑄鐵，各成分及重量百分比為:C:2.96%、Cr:26.4%、Mn:0.84%、Si:
1.13%, Cu:0.85%, N1:0.86%, B:0.0036%, T1:0.012%, Re:0.028%, S:0.042%, P:
0.051% ;余量為 Fe。
[0087]特高鉻鑄鐵的制備方法，包括以下步驟:
[0088](I)制備砂型；
[0089](2)原料熔煉:加入廢鋼和生鐵熔清，先用珍珠砂覆蓋液面，溫度為1530°C時加入錳鐵；溫度為550°C時加入硅鐵、鉻鐵調整成分，出鐵前8分鐘加入硼鐵、鈦鐵進行變質處理，沉淀脫氧處理；
[0090](3)將鐵水倒入鋼包，溫度1495°C;加入Re進行孕育處理:粒度0.85mm，在48%的鐵水倒入鋼包時加入；最后加入鋼包覆蓋劑；
[0091](4)向鋼包中加入保溫聚渣劑覆蓋液面，并鎮(zhèn)靜8分鐘，再進行扒渣處理、終脫氧處理；
[0092](5)澆鑄:溫度為1385°C，砂型的溫度控制在225°C，澆鑄時長為7分鐘；
[0093](6)淬火處理:200°C以下裝爐，在200°C保溫1.2小時，在溫度為650°C時，保溫
1.4小時；在溫度為1030°C時，保溫1.1小時，然后空淬；
[0094](7)回火處理:在溫度為220°C時，保溫1.4小時，在溫度為480°C時，保溫1.5小時，然后冷卻至室溫。
[0095]高鉻鑄鐵鑄態(tài)基體組織為奧氏體混合組織，為了得到穩(wěn)定的高硬度技術指標，無論是大件還是小件都要進行必要的熱處理，目的是使高鉻鑄鐵具有高硬度的馬氏體基體，能有力地支撐碳化物，使在磨損過程中碳化物不脫落、碎裂、折斷，同時提高高鉻鑄鐵的宏觀硬度和顯微硬度。
[0096]經(jīng)試驗，結果如下:
[0097]表一:
[0098]

【權利要求】
1.一種特高鉻鑄鐵，其特征在于:各成分及重量百分比為:C:2.9 — 3.0 %、Cr:26—27 %、Mn:0.8—0.9 %、S1:1.05—1.2 Cu:0.8—0.9 Ni:0.8—0.9 B:0.003—0.004%,Ti:0.01—0.02%,Re:0.025—0.035%,S..( 0.045%,P:≤ 0.055%;余量為 Fe。
2.根據(jù)權利要求1所述的特高鉻鑄鐵，其特征在于:各成分及重量百分比為:C:2.92—3.0 %、Cr:26.2—27 Mn:0.8—0.88 %、S1:1.1—1.2 %、Cu:0.82—0.9Ni:0.8—0.87 B:0.0032—0.004 T1:0.012—0.02 %、Re:0.028—0.035 S:(0.045%,P..( 0.055% ;余量為 Fe。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的特高鉻鑄鐵，其特征在于:各成分及重量百分比為:C:2.92%, Cr:26.8%, Mn:0.85%, Si:1.15%, Cu:0.88 %、N1:0.82 B:0.0032 Ti:0.016%, Re:0.032%, S:0.045%,P:0.05% ;余量為 Fe。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的特高鉻鑄鐵，其特征在于:各成分及重量百分比為:C:2.96%, Cr:26.4%, Mn:0.84 %, Si:1.13 %, Cu:0.85 %、N1:0.86 B:0.0036 Ti:0.012%,Re:0.028%, S:0.042%,P:0.051% ;余量為 Fe。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的特高鉻鑄鐵的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)制備砂型； (2)原料熔煉:加入廢鋼和生鐵熔清，先用珍珠砂覆蓋液面，溫度為1530—1535°C時加入錳鐵；溫度為1535— 1550°C時加入硅鐵、鉻鐵調整成分，出鐵前7—9分鐘加入硼鐵、鈦鐵進行變質處理，沉淀脫氧處理； (3)將鐵水倒入鋼包，溫度1480—1500°C;加入Re進行孕育處理:粒度0.7—0.9mm，在45— 50%的鐵水倒入鋼包時加入；最后加入鋼包覆蓋劑； (4)向鋼包中加入保溫聚渣劑覆蓋液面，并鎮(zhèn)靜8—10分鐘，再進行扒渣處理、終脫氧處理； (5)澆鑄:溫度為1380— 1390°C ； (6)淬火處理:200°C以下裝爐，在200°C保溫1.2—1.4小時，在溫度為640—650°〇時，保溫1.2 — 1.4小時；在溫度為1010—10301:時，保溫0.9—1.1小時，然后空淬； (7)回火處理:在溫度為220—230°C時，保溫1.2—1.4小時，在溫度為480—5001:時，保溫1.4一 1.5小時,然后冷卻至室溫。
6.根據(jù)權利要求5所述的特高鉻鑄鐵的制備方法，其特征在于:步驟(5)澆鑄時，砂型的溫度控制在220— 240°C。
7.根據(jù)權利要求6所述的特高鉻鑄鐵的制備方法，其特征在于:步驟(5)澆鑄時，砂型的溫度控制在225— 235°C。
8.根據(jù)權利要求5所述的特高鉻鑄鐵的制備方法，其特征在于:步驟(5)澆鑄時長為6—8分鐘。
【文檔編號】C22C37/10GK104131218SQ201410356847
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權日:2014年7月24日
【發(fā)明者】汪德發(fā) 申請人:寧國市開源電力耐磨材料有限公司