CN107604238A - 一种高铬铸铁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高铬铸铁及其制备方法，所述高铬铸铁按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86~2.95%，Cr:24.5~24.9%，Si:0.72~0.83%，Mn:2.15~2.35%，Mo:0.25~0.35%，Cu:0.35~0.40%，Ni:0.85~1.25%，P:0.03~0.04%，S:0.01~0.02%，余量为铁，所述高铬铸铁的制备方法包括配料、熔炼、炉前分析、脱氧出炉，浇包，静置浇铸在内的加工步骤。本发明提出的高铬铸铁的制备方法，工艺简单，能耗低，生产周期短，生产效率高，制备出来的高铬铸铁硬度高，碳化物分布均匀，铸件的冲击韧性和耐磨性较传统的铸铁性能明显提高，在与陶瓷颗粒复合时，还能够使与陶瓷颗粒形成良好的结合界面，延长铸铁与陶瓷颗粒复合后产品的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及铸铁制造领域，尤其涉及一种高铬铸铁及其制备方法。
背景技术
众所周知，互相接触或者相对运动的两个物体，其表面都会发生摩擦，一般情况下，摩擦时往往又伴随着磨损，而磨损到一定程度时，必然会导致各种机器或者零部件的失效，带来极大的安全隐患。我国又是一个制造大国，在我国，类似于冶金、矿山、建材、电力、煤炭等部门对矿山机械、工程机械和各种破碎粉磨设备的使用量很大，这些设备一般都运行在恶劣工况之下，一部分零部件由于受到砂石、矿石、土壤等各种物料和研磨体的磨损，每年会消耗大量金属。所以提高材料的耐磨性及其使用寿命具有非常重要的经济意义和现实意义。
实际工况下，一些易损零部件不仅存在着磨料磨损，而且往往伴随着腐蚀磨损与高温磨损，处在一种复合磨损工况中，多种因素相互作用，加剧了零件的磨损失效。这一类工况常见于矿山、冶金、建材等工业生产中，如输送含煤泥、矸石的浓浆泵，其内部易损零部件耐磨眼镜板，在承受冲蚀磨损的同时又受到过流介质的腐蚀，使用寿命很短，该部件体积虽小，但技术要求高，制造难度较大。在这种类似的复合磨损工况条件下，对于易损零部件的消耗量非常之大。所以，针对这种在恶劣工况下运行的零部件，如果能够采用一种简单有效的制备工艺，在其工作表面获得高硬度的同时还能保证内部具有一定的冲击韧性，则会大大提升其耐磨性及使用寿命。陶瓷颗粒增强金属基耐磨复合材料的研究引起了很多相关领域专家的重视，相关文献表明，在耐磨金属材料表面复合一定厚度的硬质颗粒，不仅能够提高易损零件的可靠性及使用寿命，也能改善易损零件的使用性能和质量，对于提高经济效益，推动高新技术的发展及节约能源等都具有非常重要的意义。
基体金属既要满足耐磨眼镜板所要求的高耐磨性与耐腐蚀性，又要保证与陶瓷颗粒复合时形成良好的结合界面。故主要基于以下几个方面来选择基体金属：基体本身具有较高的硬度及耐磨性；有良好的抗腐蚀性和抗氧化性；具有良好的淬透性，便于在后续的热处理中进一步提高材料的硬度及冲击韧性；基体组织应能与陶瓷颗粒形成良好的结合，具有较强的支撑保护作用，防止工件在磨损过程中发生陶瓷颗粒的整体剥落而削弱其使用寿命。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提供了一种高铬铸铁及其制备方法。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种高铬铸铁，其按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86~2.95%，Cr:24.5~24.9%，Si:0.72~0.83%，Mn:2.15~2.35%，Mo:0.25~0.35%，Cu:0.35~0.40%，Ni:0.85~1.25%，P:0.03~0.04%，S:0.01~0.02%，余量为铁。
优选地，其按重量百分比计的化学成分如下：C:2.87%，Cr:24.8%，Si:0.73%，Mn:2.21%，Mo:0.29%，Cu:0.38%，Ni:0.9%，P:0.03%，S:0.02%，余量为铁。
一种高铬铸铁的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，将废钢、生铁、铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂按C:2.86~2.95%，Cr:24.5~24.9%，Si:0.72~0.83%，Mn:2.15~2.35%，Mo:0.25~0.35%，Cu:0.35~0.40%，Ni:0.85~1.25%，P:0.03~0.04%，S:0.01~0.02%，余量为铁进行配料；
（2）取废钢、生铁预热，预热完毕后投入熔炼炉内，升温至1520~1580℃，得到铁水，再加入铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂进行熔炼，得到合金液；
（3）取合金液进行炉前分析，根据分析结果，将合金液的成分、温度调整至合格合金液的要求；
（4）在合金液成分、温度符合出炉要求时，将脱氧剂从熔炼炉高位料仓加入至炉内，反应3~6分钟，出炉；
（5）将合金液出炉至浇包中，静置3~5分钟，浇铸，得到铸件。
优选地，所述脱氧剂为高纯铝丝或高纯铝粒，所述脱氧剂占所述合金液质量的0.03~0.1％。
优选地，在步骤（5）中，当合金液的温度降至1450~1480℃时，将合金液浇铸至铸型内，得到铸件。
优选地，在步骤（5）中，随合金液向浇包中加入造渣剂除渣，静置3~5分钟，浇铸，得到铸件。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
铬用于提高合金的耐腐蚀和抗氧化性能，为使合金获得最佳的耐磨性能、抗氧化性能和热稳定性能，高铬铸铁中的铬含量应适量，并与碳含量保持一个合理的比值。合金中碳质量分数越高，碳化物数量越多，合金的硬度越高，但这同时也会降低合金的韧性。另外，由于过共晶成分的铸铁在凝固过程中会先结晶出粗大的初生碳化物，导致脆性增大，韧性急剧下降，本发明中高铬铸铁碳含量设定在亚共晶区间。共晶点碳含量会随着铬质量分数增加而下降，对于铬含量在25%左右的高铬铸铁，共晶碳质量分数为3.0%。为使合金液具备良好的流动性和充型能力，合金液中的碳含量在近共晶成分，本发明碳含量在2.86~2.95%之间，铬含量在24.5~24.9%。
硅提高合金的硬度，但能使共晶点左移，使初生碳化物粗大化，韧性下降，因此本发明中硅含量应该在0.72~0.83%。
锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，加0.7%以上锰不但使合金具有足够的韧性，且具有较高的强度和硬度，提高合金的淬性，改善合金的热加工性，但锰量增高，会减弱合金的抗腐蚀能力，为调和合金的抗腐蚀能力、热淬性、强度和热稳定性等，本发明中锰含量在2.15~2.35%。
钼可以提高合金的强度，特别是高温强度和韧性；提高合金的耐腐蚀强度，提高钢的耐磨性和改善淬透性、焊接性和耐热性。钼含量在0.25~0.35%，能够使合金获得较佳的耐磨性能，改善淬透性。
铜含量在0.35~0.40%时，在提高合金的淬透性的同时，能够增强铸铁的耐磨性和韧性，并使碳化物尺寸均匀。
镍与钼、铜复合加入高铬铸铁中，含量在0.85~1.25%，提高合金淬透性的同时，能够增强铸铁的耐磨性和抗氧化性，并使铸铁保持良好的热塑性。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
实施例一
一种高铬铸铁的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，将废钢、生铁、铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂按C:2.86%，Cr:24.5%，Si:0.72%，Mn:2.15%，Mo:0.25%，Cu:0.35%，Ni:0.85%，P:0.03%，S:0.01%，余量为铁进行配料；
（2）取废钢、生铁预热，预热完毕后投入熔炼炉内，升温至1520℃，得到铁水，再加入铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂进行熔炼，得到合金液；
（3）取合金液进行炉前分析，根据分析结果，将合金液的成分、温度调整至合格合金液的要求；
（4）在合金液成分、温度符合出炉要求时，将脱氧剂从熔炼炉高位料仓加入至炉内，反应3~6分钟，出炉，所述脱氧剂为高纯铝丝或高纯铝粒，所述脱氧剂占所述合金液质量的0.07％；
（5）将合金液出炉至浇包中，同时随合金液向浇包中加入造渣剂除渣，静置3~5分钟，当合金液的温度降至1450~1480℃时，将合金液浇铸至铸型内，得到铸铁。
本发明高铬铸铁的力学性能如下表1所示：
表1 高铬铸铁的力学性能
| 硬度/HRC | 冲击韧性/J/cm2 | 相对耐磨性 | 碳化物平均尺寸/um |
| 65.7 | 7.6 | 2.03 | 6.3 |
实施例二
一种高铬铸铁的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，将废钢、生铁、铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂按C:2.95%，Cr:24.9%，Si:0.83%，Mn:2.35%，Mo:0.35%，Cu:0.40%，Ni:1.25%，P:0.04%，S:0.02%，余量为铁进行配料；
（2）取废钢、生铁预热，预热完毕后投入熔炼炉内，升温至1580℃，得到铁水，再加入铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂进行熔炼，得到合金液；
（3）取合金液进行炉前分析，根据分析结果，将合金液的成分、温度调整至合格合金液的要求；
（4）在合金液成分、温度符合出炉要求时，将脱氧剂从熔炼炉高位料仓加入至炉内，反应3~6分钟，出炉，所述脱氧剂为高纯铝丝或高纯铝粒，所述脱氧剂占所述合金液质量的0.03％；
（5）将合金液出炉至浇包中，同时随合金液向浇包中加入造渣剂除渣，静置3~5分钟，当合金液的温度降至1450~1480℃时，将合金液浇铸至铸型内，得到铸铁。
本发明高铬铸铁的力学性能如下表2所示：
表2 高铬铸铁的力学性能
| 硬度/HRC | 冲击韧性/J/cm2 | 相对耐磨性 | 碳化物平均尺寸/um |
| 67.3 | 8.3 | 2.05 | 6.1 |
实施例三
一种高铬铸铁的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，将废钢、生铁、铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂按C:2.87%，Cr:24.8%，Si:0.73%，Mn:2.21%，Mo:0.29%，Cu:0.38%，Ni:0.9%，P:0.03%，S:0.02%，余量为铁进行配料；
（2）取废钢、生铁预热，预热完毕后投入熔炼炉内，升温至1520℃，得到铁水，再加入铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂进行熔炼，得到合金液；
（3）取合金液进行炉前分析，根据分析结果，将合金液的成分、温度调整至合格合金液的要求；
（4）在合金液成分、温度符合出炉要求时，将脱氧剂从熔炼炉高位料仓加入至炉内，反应5分钟，出炉，所述脱氧剂为高纯铝丝或高纯铝粒，所述脱氧剂占所述合金液质量的0.05％；
（5）将合金液出炉至浇包中，同时随合金液向浇包中加入造渣剂除渣，静置3~5分钟，当合金液的温度降至1450℃时，将合金液浇铸至铸型内，得到铸铁。
本发明高铬铸铁的力学性能如下表3所示：
表3 高铬铸铁的力学性能
| 硬度/HRC | 冲击韧性/J/cm2 | 相对耐磨性 | 碳化物平均尺寸/um |
| 67.8 | 7.4 | 1.86 | 6.85 |
本发明提出的高铬铸铁的制备方法，工艺简单，能耗低，生产周期短，生产效率高，制备出来的高铬铸铁硬度高，碳化物分布均匀，铸件的冲击韧性、耐磨性和抗氧化性较传统的铸铁性能明显提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高铬铸铁，其特征在于，其按重量百分比计的化学成分如下：C:2.86~2.95%，Cr:24.5~24.9%，Si:0.72~0.83%，Mn:2.15~2.35%，Mo:0.25~0.35%，Cu:0.35~0.40%，Ni:0.85~1.25%，P:0.03~0.04%，S:0.01~0.02%，余量为铁。
2.根据权利要求1所述的高铬铸铁，其特征在于，其按重量百分比计的化学成分如下：C:2.87%，Cr:24.8%，Si:0.73%，Mn:2.21%，Mo:0.29%，Cu:0.38%，Ni:0.9%，P:0.03%，S:0.02%，余量为铁。
3.一种高铬铸铁的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，将废钢、生铁、铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂按C:2.86~2.95%，Cr:24.5~24.9%，Si:0.72~0.83%，Mn:2.15~2.35%，Mo:0.25~0.35%，Cu:0.35~0.40%，Ni:0.85~1.25%，P:0.03~0.04%，S:0.01~0.02%，余量为铁进行配料；
（2）取废钢、生铁预热，预热完毕后投入熔炼炉内，升温至1520~1580℃，得到铁水，再加入铬铁、钼铁、硅铁、镍铁、回炉料、电解铜、增碳剂进行熔炼，得到合金液；
（3）取合金液进行炉前分析，根据分析结果，将合金液的成分、温度调整至合格合金液的要求；
（4）在合金液成分、温度符合出炉要求时，将脱氧剂从熔炼炉高位料仓加入至炉内，反应3~6分钟，出炉；
（5）将合金液出炉至浇包中，静置3~5分钟，浇铸，得到铸铁。
4.根据权利要求3所述的高铬铸铁的制备方法，其特征在于，所述脱氧剂为高纯铝丝或高纯铝粒，所述脱氧剂占所述合金液质量的0.03~0.07％。
5.根据权利要求3所述的高铬铸铁的制备方法，其特征在于，在步骤（5）中，当合金液的温度降至1450~1480℃时，将合金液浇铸至铸型内，得到铸铁。
6.根据权利要求3所述的高铬铸铁的制备方法，其特征在于，在步骤（5）中，随合金液向浇包中加入造渣剂除渣，静置3~5分钟，浇铸，得到铸铁。
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