鑄造含鉻Fe-B合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種鑄造 Fe - B合金及其制備方法，特別涉及一種鑄造含鉻Fe - B 合金及其制備方法，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 冶金、礦山、電力、水泥、石化等行業(yè)中大量金屬零部件都因磨損而失效，耐磨金屬 零部件的配件消耗量巨大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年全國各種金屬耐磨配件消耗量在500萬噸 以上，用傳統(tǒng)高合金耐磨材料制造耐磨零部件，不僅生產(chǎn)成本很高，而且脆性大，使用受到 嚴(yán)重限制。
[0003] 鑄造 Fe-B合金中，因硼元素的大量加入，凝固過程中易生成高硬度的Fe2B相，從 而提高鑄造 Fe-B合金耐磨性，但是，F(xiàn)e2B相脆性大，且在凝固組織中呈連續(xù)網(wǎng)狀分布，導(dǎo)致 鑄造 Fe-B合金韌性低，脆性大，使用過程中極易脆斷。為了提高鑄造 Fe-B合金強(qiáng)度和韌性， 中國發(fā)明專利CN102517504公開了一種以低價(jià)硼為主要合金元素，可制造球磨機(jī)襯板的 高硼耐磨鑄鋼，其所述鑄鋼的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為：C :< 0. 4 ;Si :0. 40 - 0. 8 ;Mn : 0· 5 - I. 2 ;Cr :0· 5 - L 2 ;B :1· 2 - 3. 0 ;Re :< 0· 2 ;V :< 0· I ;Ti :< 0· 1，所述鑄鋼先進(jìn) 行950 - 980°C X2h+水冷的淬火工藝，再在200 - 250°C X4h+空冷回火處理，其硬度大于 58HR C，沖擊韌性大于12J/cm2,淬透層深度大于40mm。中國發(fā)明專利CN101016603還公開 了一種含顆粒狀硼化物的高硼鑄鋼及制備方法，其化學(xué)成分及重量百分比為：C :0. 15%~ 0· 45 % ;B :0· 75 % ~2. 70 % ;Ti :0· 34 % ~L 50 % ;Cr :0· 80 % ~L 20 % ;Si :0· 50 % ~ L 50 % ;Mn :0· 50 % ~L 50 % ;Ce :0· 04 % ~0· 12 % ;A1 :0· 08 % ~0· 20 % ;Ca :0· 03 % ~ 0· 10%;N :0· 01%~0· 06 ;P < 0· 05%，S < 0· 05%，余量為 Fe ;其中，B/C = 5. 0 ~6· 0，B/ Ti = 1. 8~2. 2。制備采用電爐熔煉，先將普通廢鋼、生鐵和鉻鐵混合加熱熔化，然后加入 硅鐵和錳鐵，出爐前加入硼鐵和鈦鐵，爐前調(diào)整成分合格后升溫，加入硅一鈣合金預(yù)脫氧， 而后用鋁終脫氧和微合金化，用鈰和氮進(jìn)行爐外復(fù)合變質(zhì)處理。經(jīng)保溫后油冷淬火、低溫回 火即可。中國發(fā)明專利CN 101177762還公開了一種耐液態(tài)鋅腐蝕的高硼鑄鋼及其制備方 法，其化學(xué)成分是（重量％ ) :C < 0· 15, Si < 0· 40, Mn < 0· 40, B :5. 0 - 7. 0, Ce :0· 05 - 0. 15, Cr :1. 5 - 3.0, Al :0.80 - 1.50,其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。該發(fā)明的高硼 鑄鋼利用電爐便可生產(chǎn)，其金相顯微組織由網(wǎng)狀硼化物和鐵素體與少量珠光體構(gòu)成的金屬 基體組成，耐液態(tài)鋅腐蝕性能優(yōu)良，其抗拉強(qiáng)度大于400MPa，沖擊韌性大于6J/cm2。中國 發(fā)明專利CN 102676954還公開了一種無鉻高硼耐磨合金及其制備方法，合金的化學(xué)成分 為（重量百分比）為：CO. 53 ~0· 68%，BI. 0 ~4. 5%，SiO. 75 ~1. 0%，MnO. 45 ~1. 0%， Ce0.0 1~0. 20 %，S0. 03~0. 06 %，P0.0 5~0. 08 %，其余為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，硬度 在45HRC~58HRC，沖擊韌性為20J~10J。合金利用電爐生產(chǎn)，熔煉澆鑄后經(jīng)過熱處理使 用。中國發(fā)明專利CN 103526106還公開了一種高性能無鉻高硼鑄鐵復(fù)合材料及其制備方 法，合金的化學(xué)成分為（重量百分比）為：CO. 43~0.58%，BI. 1~4. 6%，SiO. 65~0.9%， MnO. 55 ~I. l%，Ce0.0 2 ~0· 21%，S0. 02 ~0· 05%，Ρ0· 04 ~0· 09%，其余為 Fe 以及不可 避免的微量雜質(zhì)，硬度為45HRC~58HRC，沖擊韌性為20J~10J。合金利用電爐生產(chǎn)，熔煉 澆鑄后經(jīng)過熱處理使用。合金不含鉻，價(jià)格低廉，綜合性能良好，生產(chǎn)成本低、工藝簡單、操 作性強(qiáng)。中國發(fā)明專利CN 101979695還公開了一種不含鉻的高硼鐵基鑄造合金及制備方 法。高硼鐵基合金的化學(xué)成分為（重量百分比）：0.2~L0C;L0~4·5Β;0·20~0.70Si ; 0. 20~0. 8Mn ;< 0.1 S ;< 0.1 P ;其余為Fe以及不可避免的微量雜質(zhì)。該合金利用感應(yīng)電 爐生產(chǎn)，熔煉澆鑄后經(jīng)過熱處理使用。該合金不含鉻，價(jià)格低廉，綜合性能良好，能通過控制 硼和碳的比例方便實(shí)現(xiàn)合金性能大范圍可控，以滿足不同工況條件的需求。生產(chǎn)成本低、工 藝簡單、操作性強(qiáng)。
[0004] 但是，普通Fe-B合金中硼化物是脆性極大的Fe2B，且冶煉過程中硼燒損極大，還存 在淬透性低，常需要水淬處理，淬火過程中易出現(xiàn)裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是通過加鉻來提高Fe-B合金淬透性，并降低Fe2B脆性，此外，改進(jìn) Fe-B合金冶煉工藝，提高硼的回收率，并穩(wěn)定Fe-B合金質(zhì)量。
[0006] 本發(fā)明目的可以通過以下工藝來實(shí)現(xiàn)。
[0007] (1)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)88~90%的Q235廢鋼、8~10%的氮化錳鐵、1.2~1.5%的 鈦鐵和0. 5~0. 8%的金屬鋁配料，先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)88~90%的Q235廢鋼在電爐內(nèi)加熱至 1580~1600°C，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)8~10%的氮化錳鐵，保溫5~8分鐘后，繼續(xù)加入質(zhì)量 分?jǐn)?shù)0. 5~0. 8%的金屬鋁，繼續(xù)保溫5~8分鐘后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1. 2~1. 5%的鈦鐵后 升溫，升溫至1630~1650°C時(shí)，加入顆粒尺寸為12~25_、并經(jīng)650~800°C烘烤60~ 90分鐘的Cr-B-C中間鐵合金，鋼水保溫10~15分鐘，出爐到澆包；其中Cr-B-C中間鐵合 金的加入量占爐內(nèi)鋼水質(zhì)量的20~25%，Cr-B-C中間鐵合金的化學(xué)組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40 ~45% Cr、6 ~8% Β、4· 5 ~5. 0% C、〈1. 5% Si、〈0· 04% S、〈0· 04% P、余量 Fe ;
[0008] (2)將步驟（1)澆包內(nèi)的鋼水扒渣，當(dāng)其溫度降至1450~1480°C時(shí)，將鋼水澆入 鑄型，鋼水澆鑄完4~6小時(shí)后，開箱清理鑄件，隨后繼續(xù)將鑄件入爐加熱至250~280°C， 保溫12~15小時(shí)，然后出爐空冷至室溫，即可獲得含鉻Fe - B合金。
[0009] 優(yōu)選所述Q235廢鋼的化學(xué)成分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0. 14~0.22%的C，0. 30~0.65% 的Mn，彡0· 30%的Si，彡0· 050%的S，彡0· 045%的P，余量為Fe。
[0010] 優(yōu)選所述氮化錳鐵的化學(xué)成分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：60~63% Mn, 5. 0~6. 5% N，C彡0 ? 5%，Si 彡 I. 0%，P 彡 0· 08%，S 彡 0· 04%，余量 Fe。
[0011] 優(yōu)選所述鈦鐵的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：38~42 % Ti,〈5. 0 % Al,〈2. 5 % Si,〈0· 02% P,〈0· 20% Cu,〈0· 10% C,〈0· 02% S,〈2. 5% Mn,余量 Fe。
[0012] 本發(fā)明先采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)88~90%的Q235廢鋼、8~10%的氮化錳鐵、1. 2~1. 5% 的鈦鐵和0. 5~0. 8 %的金屬鋁配料，其中Q235廢鋼主要用于補(bǔ)充鐵含量，而加入8~10 % 的氮化錳鐵，主要是利用錳固溶于基體組織中，可以大幅度提高材料淬透性，而氮可以與鈦 和鋁在鋼水中生成高熔點(diǎn)的TiN和AlN顆粒，可以細(xì)化凝固組織，提高材料強(qiáng)韌性，加入鋁 可以起脫氧作用和生成AlN顆粒作用。
[0013] 本發(fā)明是先將質(zhì)量分?jǐn)?shù)88~90%的Q235廢鋼在電爐內(nèi)加熱至1580~1600 °C，合 金元素少，合金燒損量小。然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)8~10%的氮化錳鐵，這樣可確保氮化錳鐵的 快速熔化，減少M(fèi)n和N元素的燒損。保溫5~8分鐘后，繼續(xù)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 5~0. 8 %的 金屬鋁，使鋼水具有良好的脫氧和凈化效果。繼續(xù)保溫5~8分鐘后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1. 2~ 1. 5 %的鈦鐵，升溫至1630~1650°C時(shí)，加入顆粒尺寸為12~25mm，并經(jīng)650~800°C烘 烤60~90分鐘的Cr-B-C中間鐵合金，Cr-B-C中間鐵合金的加入量占爐內(nèi)鋼水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 20~25%，Cr-B-C中間鐵合金的化學(xué)組成及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40~45% Cr、6~8% B、4. 5~ 5. 0% C、〈l. 5% Si、〈0. 04% S、〈0. 04% P、余量Fe，這樣可確保硼、鉻快速熔入鋼水中，大幅 度減少合金元素?zé)龘p，且加入的鉻部分進(jìn)入Fe2B,可減低Fe2B的脆性，部分鉻固溶于基體， 大幅度提高基體淬透性。鋼水保溫10~15分鐘后出爐到澆包，將澆包內(nèi)的鋼水扒渣，當(dāng)其 溫度降至1450~1480°C時(shí)，將鋼水澆入鑄型，鋼水澆鑄完4~6小時(shí)后，開箱清理鑄件，隨 后繼續(xù)將鑄件入爐加熱至250~280°C，保溫12~15小時(shí)后，主要用于去鑄造應(yīng)力和穩(wěn)定 組織，最后出爐空冷至室溫，即可獲得含鉻Fe -B合金，具有良好耐磨性和優(yōu)良的力學(xué)性能。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0015] 1)合金中不含鎳、鉬、釩等貴重合金元素，成本低廉；
[0016] 2)硼、鉻以中間高碳鐵合金形式加入，確保硼快速熔于鋼水中，使硼元素回收率大 于 95% ;
[0017] 3)