錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵及其製備工藝的製作方法

2023-07-29 08:36:36 5

專利名稱：錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種耐磨鑄鐵及其製備工藝，尤其是一種新型多元的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵及其製備工藝。
背景技術：
合金抗磨鑄鐵材料被廣泛應用在發電、冶金、礦山、水泥、耐火材料等行業中，如礦山、發電生產中使用的乾濕磨球、板錘、護板及相應的一些抗磨鑄件產品，每年消耗量超過幾百萬噸，其中磨球的消耗量每年就有上百萬噸，其材質都以鉻為主要合金元素，再加入一定量的鉬、礬、鎢等貴重金屬元素，再通過高溫熱處理工藝，使材料生產成本較高，且需要高溫熱處理設備及貴重金屬合金，採購也不方便，從而限制了該產品在金屬礦山等行業的推廣應用。中國專利93111103.X名稱為「稀土硼多元合金耐磨鑄鐵」，其雖然考慮到了不採用資源缺乏的合金鉻，但它採用了價格昂貴的鉬和銅，又採用高溫淬火，熱處理工藝複雜，故製造成本高。

發明內容
本發明的發明目的就在於克服現有技術的缺陷而提出一種具有極優的耐磨性、抗破碎性和良好的強韌性，且合金元素價格便宜、採購方便、成本低廉的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵及其製備工藝。
本發明的發明目的通過以下技術方案實現一種錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵，其特徵在於該抗磨鑄鐵的化學成分重量百分比為C 0.32～0.42％、Si 0.4～1.5％、Mn 6～12％、Cr 4～8％、B 0.001～0.01％、Re 0.2～1.5％、P≤0.08％、S≤0.08％、複合變質劑0.10～0.50％、Fe餘量。
所述的變質劑為Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca的組合或Re-Mg-Si-Ca。
所述的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵的製備工藝，其特徵在於a、在熔煉爐中進行熔煉，將普通廢鋼、不鏽鋼廢料、碳素鉻鐵、中碳鉻鐵、含硼生鐵按化學成分的配比要求，換算成重量進行混合加熱熔化，待鐵水熔清後加入矽鐵和錳鐵；
b、將爐內熔化溫度升至1500～1580℃後，各加入佔鐵水重量0.10～0.25％的Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca複合變質劑處理鐵液，出爐前再加入符合化學成分配比設計的稀土Re；c、將Re-Mg-Si-Ca複合變質劑合金破碎至粒度小於16mm的小塊，經220℃以下溫度烘乾，出爐時加入佔鐵水重量的0.10％於鋼包中對鐵水進行複合變質劑處理；d、用金屬模或冷硬樹脂砂澆注造型，澆注溫度1420～1460℃；e、澆注後待1～6小時後開箱空冷；f、在電阻爐內加熱進行雙級淬火，淬火溫度810～830℃，恆溫3小時，先油後空冷至室溫，然後再低溫回火，回火溫度270℃～290℃，保溫4小時後空冷至室溫，即得成品。
與現有技術相比，本發明以服務於鑄件硬度和韌性的相結合，採用獨具特點的化學成分匹配方法，充分利用了我國硼鐵礦和得天獨厚的稀土資源的優勢，使含硼生鐵得到合理有效利用，解決了含硼生鐵用途小的矛盾，以錳代替鉬、鎳等金屬，同時添加適量的稀土改性並微合金化，再通過合適的熱處理工藝，使本發明的生產成本至少下降30～50％，遠低於鉻系耐磨鑄鐵和錳系耐磨鑄鐵成本，而耐磨性卻大大提高，實踐證明，用本發明鑄鐵澆鑄的磨球，在型號為φ2.75m×2.3m金礦球磨機中，工作1879小時，處理礦量19872噸，耐磨性比原來用鉻系、錳系鐵磨球提高57％以上，使用壽命是高、中、低鉻鑄鐵的3.5、4、5.5倍，通過試驗證明，它具有極優的耐磨性、良好的強韌性、生產產品質量穩定、技術含量高，替代能強，可全面替代高鉻鑄鐵及各種耐磨鑄鐵和部分高錳鉻鋼。其耐磨和強韌性的力學性能對比參見表1力學性能對比表 表1

具體實施方式
本發明錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵對化學成份的選擇依據是①、碳(C)碳是碳化物形成元素，碳化物的組成、形態、分布及數量是決定其性能的關鍵因素。含碳量的多少直接影響材質中碳化物的含量，碳化物含量的多少直接影響到材質的強度、韌性、硬度和耐磨性。含碳量愈高，碳化物愈多，能提高耐磨性，但韌性降低、脆性增加。在衝擊力大的場合使用，從材質的韌性考慮，應控制碳含量。對本發明來說，碳含量是對耐磨性和韌性均有影響的主要因素。碳量過高碳化物數量過多，碳量過低碳化物數量減少，對鑄鐵的耐磨性都有不利的影響，故選取含量為0.32～0.42％。
②、鉻(Cr)鉻是阻礙石墨化元素，並具有穩定和細化珠光體的作用。鉻為耐磨鑄鐵的重要元素，它可顯著地提高材質的強度、硬度、耐磨性、耐熱性和淬透性能。在本發明中，當碳含量一定時，隨著鉻含量的增加，碳化物量也增加，形成彌散的M3C和M7C3碳化物(M表示碳化物生成元素，MXCY表示碳化物)，從而可以大大提高材質的硬度和耐磨性能。若鉻的含量低於下限4％，則材質硬度低，耐磨性差，若鉻含量高於上限8％，雖然材質的硬度高，耐磨性能好，但韌性下降。本發明所用的鉻是中碳鉻鐵、比起金屬Cr價格要便宜得多。
③、硼(B)在鑄鐵中是反石墨化元素，它在奧氏體中的最大固溶液是0.018％，其餘硼與碳形成硼碳化合物。硼又能顯著提高金屬材料的淬透性，使鑄鐵出現馬氏體，隨含硼量增加，硼碳化結構將變複雜，數量也增加，其宏觀硬度和硼碳化物的顯微硬度也隨之提高。試驗表明該鑄鐵中硼含量若低於0.001％，其耐磨性差；若高於0.01％時，該鑄鐵的韌性明顯降低，脆性增加。
④、錳(Mn)即能形成碳化物，又能溶於基體。錳能穩定珠光體，增加殘餘奧氏體。錳含量應控制在6～12％。
⑤、矽(Si)在鑄鐵中是促進石墨化元素，有減少白口的傾向。矽能影響鑄鐵的鑄造性能，並能影響韌性，矽量高會導致脆性增加，矽含量控制在0.4～1.5％。
⑥、磷、硫(P、S)是隨爐料或熔化過程中混入的有害物質，應該越低越好。
⑦、稀土(Re)在本發明中的作用是對鐵水改性並微合金化，使鑄鐵中連續網狀碳化物變為斷網狀碳化物。Re過低則起不了改性及微合金化作用，過高又會生成稀土大塊灰雜，降低了鑄鐵的網性。
根據上述原則，故本發明的化學成分重量百分比為C 0.32～0.42％、Si 0.4～1.5％、Mn 6～12％、Cr 4～8％、B 0.001～0.01％、Re 0.2～1.5％、P≤0.08％、S≤0.08％、複合變質劑0.10～0.50％、Fe餘量。
本發明的工藝流程歸納為配料—熔煉—出鐵液—變質劑複合處理—澆注。熔煉爐為中頻感應爐或電爐，採用價廉的普通廢鋼、不鏽鋼廢料、碳素鉻鐵、中碳鉻鐵、含硼生鐵按化學成分的配比設計換算成重量後進行混合加熱熔化，待鐵水熔清後加入矽鐵和錳鐵；當爐內熔化溫度升至1500～1580℃後進行鐵液變質處理鐵液，第一次選用Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca複合變質劑處理鐵液，目的在於改性並微合金化，並在出爐前再加入化學成分Re改性並微合金化；然後進行第二次複合變質處理，複合變質劑選用Re-Mg-Si-Ca，將其合金破碎至粒度小於16mm小塊，經220℃以下烘乾，出爐時加入佔鐵水重量0.10％於鋼包中進行複合變質處理，進行二次複合變質處理的目的在於進一步改性提高鐵液純淨度；鑄件澆注採用金屬模或冷硬樹脂砂澆注造型，澆注時保持鐵水溫度1420～1460℃；最後在電阻爐內加熱進行雙級淬火和低溫回火，淬火溫度為810～830℃，回火溫度為270℃～290℃，即獲得新型多元的合金抗磨鑄鐵。
實施例1以一包鐵液(約500kg)的化學成分重量百分比C 0.39％、Si 1.12％、Mn 10％、Cr 6％、B 0.009％、Re 0.8％、雜質P、S各為0.06％、第一次複合變質劑Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca分別為0.15％、第二次複合變質劑Re-Mg-Si-Ca0.10％、Fe餘量。
用上述製備工藝獲得的鐵液澆注金屬型試棒，其機械性能為HRC＝67、ak＝6.8J/cm2。
實施例2同樣以一包鐵液(約500kg)的化學成分重量百分比C 0.32％、Si 0.8％、Mn 8％、Cr 5％、B 0.008％、Re 0.4％、雜質P、S各為0.07％、第一次複合變質劑Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca分別為0.15％、第二次複合變質劑Re-Mg-Si-Ca0.10％、Fe餘量。
用上述製備工藝獲得的鐵液澆注金屬型試棒，其機械性能為HRC＝65、ak＝5.7J/cm2。
權利要求
1.一種錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵，其特徵在於該抗磨鑄鐵的化學成分重量百分比為C 0.32～0.42％、Si 0.4～1.5％、Mn 6～12％、Cr 4～8％、B 0.001～0.01％、Re 0.2～1.5％、P≤0.08％、S≤0.08％、複合變質劑0.10～0.50％、Fe餘量。
2.根據權利要求1所述的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵，其特徵在於所述的變質劑為Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca的組合或Re-Mg-Si-Ca。
3.一種製備權利要求1所述的錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵的工藝，其特徵在於a、在熔煉爐中進行熔煉，將普通廢鋼、不鏽鋼廢料、碳素鉻鐵、中碳鉻鐵、含硼生鐵按化學成分的配比要求，換算成重量進行混合加熱熔化，待鐵水熔清後加入矽鐵和錳鐵；b、將爐內熔化溫度升至1500～1580℃後，各加入佔鐵水重量0.10～0.25％的Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca複合變質劑處理鐵液，出爐前再加入符合化學成分配比設計的稀土Re；c、將Re-Mg-Si-Ca複合變質劑合金破碎至粒度小於16mm的小塊，經220℃以下溫度烘乾，出爐時加入佔鐵水重量的0.10％於鋼包中對鐵水進行複合變質劑處理；d、用金屬模或冷硬樹脂砂澆注造型，澆注溫度1420～1460℃；e、澆注後待1～6小時後開箱空冷；f、在電阻爐內加熱進行雙級淬火，淬火溫度810～830℃，恆溫3小時，先油後空冷至室溫，然後再低溫回火，回火溫度270℃～290℃，保溫4小時後空冷至室溫，即得成品。
全文摘要
本發明是一種錳鉻硼稀土抗磨鑄鐵及其製備工藝，其化學成份重量百分比為C 0.32～0.42％、Si 0.4～1.5％、Mn 6～12％、Cr 4～8％、B 0.001～0.01％、Re 0.2～1.5％、P、S≤0.08％、變質劑0.10～0.50％、Fe餘量。製備工藝通過熔煉爐將普通廢鋼、不鏽鋼廢料、碳素鉻鐵、中碳鉻鐵、含硼生鐵按化學成分配比要求，換算成重量後混合加熱熔化，待鐵水熔清後加入矽鐵和錳鐵，爐內熔化溫度升至1500～1580℃後，進行Si－Ca和Re－Mg－Si－Ca第一次複合變質處理鐵液，出爐前加入Re，再進行Re－Mg－Si－Ca第二次複合變質處理鐵液，鑄件澆注後進行雙級淬火和低溫回火即得成品。本發明與鉻系、錳系耐磨鑄鐵相比，生產成本低，具有極優的耐磨性、抗破碎性和良好的強韌性，使用壽命長，被廣泛應用於發電、冶金、礦山、水泥、耐火材料等行業的乾濕磨球、板錘、護板等耐磨鑄件產品。
文檔編號C22C33/08GK1804088SQ20061004926
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月25日 優先權日2006年1月25日
發明者許季祥, 高源江, 丁桂榮 申請人:許季祥