[发明专利]一种铬系变质耐磨铸铁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种变质耐磨铸铁及其制备方法。

背景技术

铬系白口铸铁起源于20世纪初，广泛应用于20世纪中后期。经过近几十年的发展使铬系白口铸铁性能不断提高，并且生产工艺大大简化。目前铬系白口铸铁已在一些领域取代耐磨钢、中锰铁球和低合金钢等材质做磨球，应用于建筑冶金等行业。取得了良好的经济效益和社会效益。使高铬和低铬铸铁成为国内外广泛应用的抗磨料磨损材料。但高铬铸铁含铬量高，生产成本高，并且在冲击磨料磨损等工况中的耐磨性不足。因此，如何改善高铬铸铁的耐磨性与冲击韧性便成了提高高铬铸铁性能的关键。

国内外已经有大量对铸铁变质处理的研究，近年来，将变质处理技术应用于生产中也获得了可喜的效果。由于稀土元素与钢中的S、O等有害杂质反应，生成高熔点的稀土硫氧化合物，这些固相质点，大部分浮到渣中，使钢液净化，小部分未来的及浮出的质点，成为非自发核心，使共晶团细化，达到变质的目的。但迄今为止无论何种铸铁其冲击韧性依然较低，使其应用受到了一定程度限制。提高铸铁合金的韧性已成为近年来人们关注的热点。

提高铸铁硬度和耐磨性的另一种方法是通过提高合金元素含量，实现合金强化，形成以碳化物为主要强化组元的合金品种，如高镍铬钼、高铬铸铁等系列耐磨合金，这些合金硬度和耐磨性都有大幅度改善。采用稀土硅铁、硼铁对高铬白口铸铁进行变质处理，经过热处理工艺后，韧性最高为6.14J/cm²，硬度最高达到61HRC。对低铬白口铸铁采用Re、Al、Bi、Mg等进行变质处理，冲击韧性达到3.0J/cm²，硬度达到54HRC。对中铬镍耐腐蚀铸铁研究，其冲击韧性为4J/cm²，硬度为50HRC。Ni-Mo-Nb-Cu贝氏体球墨铸铁复合轧辊，其冲击韧性可达到6.3J/cm²。稀土、钒变质低镍铬钼离心复合铸铁轧辊，其硬度可以达到70～75HRC。

但是对于大型铸件来说，Mo元素的含量增加会大幅度增加成本。因此，与含Cr15％Mo2％的抗磨铸铁相比，本发明在降低Mo元素以降低成本的同时，通过热处理和变质处理等手段共同作用，改善材料微观组织，在不降低材料硬度的情况下同时提高材料的冲击韧性和耐磨性能，达到更良好的使用效果。

发明内容

本发明在含Cr15％Mo2％的抗磨铸铁的基础上，通过成分调整、变质处理和热处理，实现合金组织转变。合金经正火处理后，网状碳化物数量减少，并断开为细小条形碳化物，二次碳化物以亚微米级颗粒碳化物析出物为特征的奥氏体低温转变产物(图2、3)。具有这种组织特征的铸铁具有高的硬度和冲击韧性，其硬度≥57HRC，冲击韧性≥8J/cm²。硬度和冲击韧性达到一般高铬铸铁、高合金无限冷硬铸铁的水平，但与含Cr15％Mo2％的抗磨铸铁相比，其Mo含量显著降低，并且加工、热处理工艺简单，是一种低成本的高性能耐磨铸铁材料。

本发明主要解决的技术问题是：铸铁质量百分比组成为：2.5～3.3％的C，0.5～2.5％的Si，1.2～1.8％的Mn，1.1～2.0％的Ni，14～16％的Cr，0.4～0.8％的Mo，P≤0.07％，S≤0.03％，余量为Fe，对该铸铁进行变质处理和热处理，改变网格状碳化物，使碳化物细化，并抑制过冷奥氏体向片状珠光体的转变，形成亚微米级颗粒碳化物析出物，从而提高了铸铁的硬度与冲击韧性。

所述铸铁制备工艺如下：

1、配料：选择上述成分范围内合适成分配料。

2、熔化：在1450℃～1550℃范围内熔化。

3、变质处理：在熔化完成后添按顺序添加变质剂，变质剂添加量为0.5～1.5％，变质剂完全溶入钢水中后立即浇注。

4、浇注：在变质剂充分融入到铁水中后立即浇注。

5、样品加工：铸锭机加工所需形状、尺寸规格的铸件

6、铸件的热处理：加热到850～950℃保温2小时，空冷。

采用上述方法制备的变质低合金化铸铁有如下优点：

(1)Mo元素较少。在变质时加入少量变质剂，成本较低。

(2)热处理工艺简单。通过850℃～950℃的正火热处理后，组织细化，网格状碳化物全部断开变为细小条形碳化物，在奥氏体中析出亚微米级的二次碳化物颗粒，性能得到大幅度提高。