[发明专利]含钒过共晶高铬铸铁及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高铬铸铁技术领域。

背景技术

高铬铸铁是一类应用非常广泛的重要耐磨材料，它被广泛应用于冶金、矿山、水利、电力、化工等领域的各类磨损部件以及各种输送含固体颗粒流体泵的过流件（叶轮、护套和护板）中。高铬铸铁的组织中存在大量的高硬度M₇C₃型碳化物，因而具有优良的耐磨性，同时由于共晶碳化物形貌呈杆状分布，因此较其它白口铸铁在韧性上也有所改善。高铬铸铁中的铬不仅能够有效提高材料在浆料中的腐蚀抗力，同时大量存在的含铬M₇C₃型碳化物有力地提高了材料的磨损抗力，提高了过流件的使用寿命。高铬铸铁中碳化物数量的增加对过流件冲蚀磨损抗力的提高具有重要的影响，但是，碳化物数量提高到一定程度时，在高铬铸铁中将会出现粗大的初生碳化物，导致高铬铸铁的韧性急剧下降，从而使过共晶高铬铸铁失去使用价值。因此，目前用于这一类过流件的高铬铸铁通常为碳当量不超过共晶点为上限的亚共晶高铬铸铁，如我国耐磨材料国家标准中的KMTBCr26和KMTBCr15Mo3等铸铁。

过共晶高铬铸铁中由于存在脆硬、粗大的碳化物因而强度和韧性较低，易产生裂纹等铸造缺陷，这些缺陷限制了过共晶高铬铸铁在耐磨部件上的应用。既要保持过共晶材料的高硬度特点，又要提高其强度及韧性，最好的办法就是细化其初生碳化物。所以，细化碳化物、改变其分布形态，是提高过共晶高铬铸铁韧性的重要手段。

申请号为200710178680.6的中国专利公开了一种铸态高碳高铬铸铁及其制备方法，其中高碳高铬铸铁的化学组成成分是（重量%）：C 4.5～5.5，Cr 22.5～30.8，V 3.0～5.0，Mn 0.7～1.2，Nb 0.2～0.5，Ti 0.5～1.0，Mg 0.08～0.20，Na 0.05～0.20，Re 0.05～0.20，Si＜1.0，余量为铁和不可避免的微量杂质，并且铬碳比≥5.0且≤5.6。该专利的主要特点是在高铬铸铁中提高碳含量，增加初生碳化物，从而改善其耐磨性。但是，由于该专利中含有0.5～1.0的Ti，而Ti元素非常容易氧化，造成铸件易产生夹渣等缺陷。另外，该专利提供的制备方法中在合金熔液出炉时需采用钒铁颗粒孕育并用稀土镁合金和钠盐复合变质处理，这增大了制造难度，且材料的性能不易控制。

专利WO2004/103608介绍了一种用消失模生产过共晶铸铁的方法，可用于生产渣浆泵、旋流器和破碎机等设备的部件。该方法的缺点是：模具投资大，不适于单件小批的渣浆泵部件的生产；其能加入的孕育剂的最大量受到限制（一般不超过1％，最大不超过2％）；孕育剂的粒度较小，一般不超过100um，其表面的氧化物等杂质相对较多，而在该发明条件下，这些杂质都残留在铸件里，对材料的韧性有不利的影响。

专利WO4047760-A1和EP147422-A1公开了一种耐磨过共晶高铬铸铁，该铸铁中Cr含量过高，虽然硬度较高，但韧性偏低，需采用较低的浇注温度（浇注温度不超过其液相线100度），获得的初生碳化物尺寸约75μm。由于需采用较低的浇注温度，因此在浇注薄壁或复杂件时成型困难，铸造生产时易出现冷隔、浇不足和裂纹等缺陷。

申请号为201210182532.2的中国专利公开了一种高碳高钒耐磨钢，其成分质量百分比为：碳（C）2.0%～2.6%，钒（V）8.0%～9.0%，铬（Cr）5.5%～6.5%，钼（Mo）2.0%～3.0%，镍（Ni）0.5%～1.0%，铌（Nb）1.0%～2.0%，硅（Si）0.4%～1.0%，磷（P）＜0.04%，硫（S）＜0.04%，余量为铁（Fe）。该钢材由于加入了Mo、Ni和Nb等贵重元素，因而成本较高。

公开号为5803152的美国专利“Microstructurally refined multiphase castings”介绍了一种细化初生相的方法，该方法适用于所有共晶相的合金（铝/硅，铜/银，特别针对白口铸铁）。该工艺是在浇注铸件的同时向金属液里加入孕育剂。其缺点是：孕育剂的加入量偏高，其表面的氧化物等杂质一般都残留在铸件里，对材料的韧性有不利的影响；此外，该方法浇注温度偏低，合金液的流动性不好，不大适合生产渣浆泵过流件之类的复杂件。