[发明专利]一种过共晶高铬白口铸铁的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高铬铸铁的制造技术，特别是一种耐磨的过共晶高铬白口铸铁的制备方法。

背景技术

高铬白口铸铁是一类应用非常广泛的重要耐磨材料，由于其组织中大量存在的高硬度M₇C₃型碳化物而具有优良的耐磨性，同时该碳化物形貌呈杆状分布而较其它白口铸铁的韧性有所改善。高铬白口铸铁中的铬元素不仅可有效提高材料在浆料中的腐蚀抗力，同时大量存在的含铬的硬质相M₇C₃型碳化物有力地提高了材料的磨损抗力，提高了耐磨件使用寿命。因此广泛用于冶金、矿山、水利、电力、化工等领域的各类磨损部件。

在高铬白口铸铁中，碳化物数量的增加对磨损抗力的变化具有重要的影响，但碳化物数量提高到一定程度，将会出现粗大的初生碳化物，导致高铬白口铸铁的韧性急剧下降，服役安全性降低，从而使过共晶高铬白口铸铁失去使用价值。因而，目前用于这一类部件的高铬白口铸铁为碳当量通常以不超过共晶点上限的亚共晶高铬白口铸铁。

过共晶高铬白口铸铁的抗磨性优于工业上常用的亚共晶高铬白口铸铁，二者成本相当，所以过共晶高铬白口铸铁性价比高。但是由于过共晶白口高铬铸铁中存在大量粗大的硬脆相碳化物，使韧性显著降低，限制了其工业化应用。在保证过共晶高铬白口铸铁高硬度、高耐磨性的同时，若想提高其韧性，最有效地办法就是细化其中初生碳化物。可见，通过细化碳化物、改善其分布和形态，是提高过共晶高铬白口铸铁韧性的重要技术手段。为提高过共晶高铬白口铸铁的韧性，国内外研究人员进行了大量的实验。

发明专利CN1769508A公开了一种低成本高耐磨的过共晶高铬铸铁及其制备方法，其主要成分为C：3.5～4.5％，Mn：1.0～3.0％，Cr：17～30％，Si：0.5～1.5％，Cu：1.0～2.0％，P：≤0.06％，S：≤0.06％，Ni≤1％，余量为铁。其制备方法是采用二次孕育变质处理的方法细化初生碳化物，包内孕育剂的中间合金含有的TiN、NbN等颗粒作为促进初生碳化物形核的基体，增加初生碳化物的形核数量。稀土、镁和钾等富集在初生碳化物的表面，使其细化、团球化。随流孕育剂的作用是大大加快合金的凝固，使初生碳化物来不及长大，从而达到细化初生碳化物的目的。该发明通过预加含TiN、NbN等颗粒的中间合金在包内孕育，作为初生碳化物的异质形核基底。但TiN、NbN等颗粒在铁水中易团聚，分布均匀性较差，使碳化物的形态和分布均匀性较差，导致铸件性能波动较大。

发明专利CN101173340A公开了一种铸态高碳高铬铸铁及其制备方法。高碳高铬铸铁化学组成成分是(重量百分比)：4.5-5.5C，22.5-30.8Cr，3.0-5.0V，0.7-1.2Mn，0.2-0.5Nb，0.5-1.0Ti，0.08-0.20Mg，0.05-0.20Na，0.05-0.20RE，Si＜1.0，其余为Fe和不可避免的微量杂质。铸态高碳高铬铸铁在出炉时用钒铁颗粒孕育，并用稀土镁合金和钠盐进行复合变质处理，在200-280℃下进行去应力退火处理后可直接使用。该发明虽然不需要淬火处理，能耗低，生产周期短。但是稀土镁合金和钠盐进行复合变质处理效果不稳定，而且在高温下易燃烧和挥发，会造成环境污染。

专利文献WO8404760-A1和EP147422-A1公开了一种耐磨铸造过共晶高铬白口铸铁，其主要成分（Wt%）为:C＞4.0；Cr25-45；Mn0-15；Mo0-10；Ni0-10；B0-2；Ti，V，W，Ta和Nb至少加入一种，每一种元素加入量＜5.0且Ti，V，W，Ta和Nb的总量小于15.0%。这种合金采用低温浇注，浇注温度不超过液相线温度100℃。获得的初生碳化物尺寸约为75μm。由于这种材质需要较低的浇注温度，在浇注薄壁、复杂件时成形困难，且加入价格较贵的Mo、Ni等元素，导致生产成本过高。专利文献WO2004/103608介绍了一种用消失模生产的过共晶高铬铸铁的方法，可用于生产渣浆泵、旋流器等破碎设备的部件。该方法中模具投资大，不适于单件或小批量铸件的生产；孕育剂的粒度较小，一般不超过100μm，其表面的氧化物等杂质相对较多，会污染铸件的组织，从而不利于其韧性提高。

R.J Llewellyn等人发表的论文《Scouring erosion resistance of metallic materials used in slurry pump service》介绍了一种用常规铸造生产的初生碳化物细化的过共晶高铬白口铸铁(5C-35%)的耐冲蚀磨损性能，但是该论文并没有给出细化初生碳化物晶粒的方法。