[发明专利]一种抗磨白口铸铁材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗磨白口铸铁材料及其制备方法。

背景技术

我国铬系抗磨铸铁材料的研究与应用在20世纪70年代后期得到了空前发展，如西安交通大学等单位率先将高铬铸铁用作衬板等耐磨件上，并在热处理规范及推广应用上做了大量工作；山东工业大学、合肥工业大学等在铬(Cr)、锰(Mn)、钨(W)、钒(V)系白口铁及其碳化物团球化方面开展了卓有成效的研究，使白口铁韧性有了成倍的提高，并成功用于生产衬板及其它铸件上；北京科技大学、沈阳铸造研究所等单位在这一领域也做了大量的研究和推广应用工作，以使应用领域不断拓宽，如用高铬铸铁材料生产制备的冶金轧辊、杂质泵过流部件、衬板、锤头、钢球等。

高铬铸铁一般是指含铬量在12％～28％的白口铸铁，含碳量在2.4％～3.6％之间，它的特点是共晶碳化物为六方形杆状及曲面板条状的(Cr，Fe)₇C₃型碳化物，呈断网状分布，对基体的割裂作用较小，显微硬度高达HV1300～1800，而且韧性和耐磨性较高，它是目前国内外使用最广泛的耐磨材料之一。特别是在制备水泥工业球磨机耐磨衬板时，表现了优异的耐磨性，使用寿命是普通高锰钢衬板的4倍以上。但是传统的高铬铸铁衬板材料为了提高淬透性和淬硬性，必须添加钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、钨(W)、铌(Nb)等贵重合金元素，如著名的美国cIimax公司的Cr15-Mo3和Cr20-Mo2-Cu1等牌号高铬抗磨铸铁，我国GB/T8263---2010《抗磨白口铸铁件》中的BTMCr15Mo2Cu和GB/T24597---2009《铬锰钨系抗磨铸铁件》中的BTMCr12Mn3W2及BTMCr18Mn3W2等，均未能从根本上摆脱材料对上述贵重金属的使用。同时大量使用这些贵重金属会导致抗磨铸铁材料的制造成本增加，而且这些元素都是国家稀缺性的战略资源，一定程度上制约了高铬衬板产品的生产和销售。

低铬铸铁是指Cr≤5％合金白口铸铁，其显著特点是共晶碳化物为(Fe，Cr)₃C型且呈连续网状分布，对基体的割裂作用大，造成材料韧性储备少，易脆断等，致使性能波动大，产品质量不稳定。尽管低铬铸铁具有一定的硬度和耐磨性，但其自身的弱点限制和影响了使用范围。目前产品主要以铸造磨球为主。

中铬铸铁一般是指含铬量介于高铬和低铬之间(Cr5～12％)的合金白口铸铁，其碳、铬、锰含量与镍硬IV型铸铁十分相似，两者最为显著的区别就是含镍量的不同，镍硬IV型铸铁含3.3％～5.5％Ni，而中铬铸铁一般不含或含有很少的Ni(见表1)。中铬铸铁的共晶碳化物为(Cr，Fe)₇C₃和(Fe，Cr)₃C混合型。所以，中铬铸铁克服了高铬铸铁价格高、低铬铸铁脆性大的缺点，具有一定硬度、韧性和耐磨性，在冶金矿山、火力发电、水泥行业等得到了应用，显示出优良性能，实现了较好经济效益和社会效益。

表1原国家标准有关中、高铬铸铁及镍硬铸铁化学成分

表2.原国家标准有关中、高铬铸铁及镍硬铸铁综合指标

大量实践应用证明，中铬铸铁是替代镍硬IV型铸铁的理想抗磨材料，耐磨性接近或达到高铬铸铁(Cr15)水平，而高于镍硬IV型铸铁，且铸造成本远远低于镍硬IV型铸铁和高铬铸铁(Cr15)。但是，传统中铬铸铁化学成分中仍然没有摆脱对钼、镍等贵重合金的依赖(见表1-2)，造成产品生产成本仍然居高不下，这在一定程度上制约了中铬铸铁的应用和发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种不含有钼、镍等贵重金属的抗磨白口铸铁材料，降低材料的制备成本，同时保留铸铁材料的力学性能。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种抗磨白口铸铁材料，是由以下重量百分比的元素组成：C 2.2-3.2％，Si≤1.2％，Mn 2.0-3.5％，Cr 7.0-10.0％，Cu 0.2-1.2％，V 0.06-0.3％，Ti 0.02-0.15％，B 0.001-0.003％，Al 0.02-0.06％，RE 0.02-0.15％，S≤0.06％，P≤0.06％，余量为Fe。

所述RE为重稀土Y。