专利名称：锰铬硼稀土抗磨铸铁及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐磨铸铁及其制备工艺，尤其是一种新型多元的锰铬硼稀土抗磨铸铁及其制备工艺。
背景技术：
合金抗磨铸铁材料被广泛应用在发电、冶金、矿山、水泥、耐火材料等行业中，如矿山、发电生产中使用的干湿磨球、板锤、护板及相应的一些抗磨铸件产品，每年消耗量超过几百万吨，其中磨球的消耗量每年就有上百万吨，其材质都以铬为主要合金元素，再加入一定量的钼、矾、钨等贵重金属元素，再通过高温热处理工艺，使材料生产成本较高，且需要高温热处理设备及贵重金属合金，采购也不方便，从而限制了该产品在金属矿山等行业的推广应用。中国专利93111103.X名称为“稀土硼多元合金耐磨铸铁”，其虽然考虑到了不采用资源缺乏的合金铬，但它采用了价格昂贵的钼和铜，又采用高温淬火，热处理工艺复杂，故制造成本高。
发明内容
本发明的发明目的就在于克服现有技术的缺陷而提出一种具有极优的耐磨性、抗破碎性和良好的强韧性，且合金元素价格便宜、采购方便、成本低廉的锰铬硼稀土抗磨铸铁及其制备工艺。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现一种锰铬硼稀土抗磨铸铁，其特征在于该抗磨铸铁的化学成分重量百分比为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％、复合变质剂0.10～0.50％、Fe余量。
所述的变质剂为Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca的组合或Re-Mg-Si-Ca。
所述的锰铬硼稀土抗磨铸铁的制备工艺，其特征在于a、在熔炼炉中进行熔炼，将普通废钢、不锈钢废料、碳素铬铁、中碳铬铁、含硼生铁按化学成分的配比要求，换算成重量进行混合加热熔化，待铁水熔清后加入硅铁和锰铁；
b、将炉内熔化温度升至1500～1580℃后，各加入占铁水重量0.10～0.25％的Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca复合变质剂处理铁液，出炉前再加入符合化学成分配比设计的稀土Re；c、将Re-Mg-Si-Ca复合变质剂合金破碎至粒度小于16mm的小块，经220℃以下温度烘干，出炉时加入占铁水重量的0.10％于钢包中对铁水进行复合变质剂处理；d、用金属模或冷硬树脂砂浇注造型，浇注温度1420～1460℃；e、浇注后待1～6小时后开箱空冷；f、在电阻炉内加热进行双级淬火，淬火温度810～830℃，恒温3小时，先油后空冷至室温，然后再低温回火，回火温度270℃～290℃，保温4小时后空冷至室温，即得成品。
与现有技术相比，本发明以服务于铸件硬度和韧性的相结合，采用独具特点的化学成分匹配方法，充分利用了我国硼铁矿和得天独厚的稀土资源的优势，使含硼生铁得到合理有效利用，解决了含硼生铁用途小的矛盾，以锰代替钼、镍等金属，同时添加适量的稀土改性并微合金化，再通过合适的热处理工艺，使本发明的生产成本至少下降30～50％，远低于铬系耐磨铸铁和锰系耐磨铸铁成本，而耐磨性却大大提高，实践证明，用本发明铸铁浇铸的磨球，在型号为φ2.75m×2.3m金矿球磨机中，工作1879小时，处理矿量19872吨，耐磨性比原来用铬系、锰系铁磨球提高57％以上，使用寿命是高、中、低铬铸铁的3.5、4、5.5倍，通过试验证明，它具有极优的耐磨性、良好的强韧性、生产产品质量稳定、技术含量高，替代能强，可全面替代高铬铸铁及各种耐磨铸铁和部分高锰铬钢。其耐磨和强韧性的力学性能对比参见表1力学性能对比表 表1
具体实施方式
本发明锰铬硼稀土抗磨铸铁对化学成份的选择依据是①、碳(C)碳是碳化物形成元素，碳化物的组成、形态、分布及数量是决定其性能的关键因素。含碳量的多少直接影响材质中碳化物的含量，碳化物含量的多少直接影响到材质的强度、韧性、硬度和耐磨性。含碳量愈高，碳化物愈多，能提高耐磨性，但韧性降低、脆性增加。在冲击力大的场合使用，从材质的韧性考虑，应控制碳含量。对本发明来说，碳含量是对耐磨性和韧性均有影响的主要因素。碳量过高碳化物数量过多，碳量过低碳化物数量减少，对铸铁的耐磨性都有不利的影响，故选取含量为0.32～0.42％。
②、铬(Cr)铬是阻碍石墨化元素，并具有稳定和细化珠光体的作用。铬为耐磨铸铁的重要元素，它可显著地提高材质的强度、硬度、耐磨性、耐热性和淬透性能。在本发明中，当碳含量一定时，随着铬含量的增加，碳化物量也增加，形成弥散的M3C和M7C3碳化物(M表示碳化物生成元素，MXCY表示碳化物)，从而可以大大提高材质的硬度和耐磨性能。若铬的含量低于下限4％，则材质硬度低，耐磨性差，若铬含量高于上限8％，虽然材质的硬度高，耐磨性能好，但韧性下降。本发明所用的铬是中碳铬铁、比起金属Cr价格要便宜得多。
③、硼(B)在铸铁中是反石墨化元素，它在奥氏体中的最大固溶液是0.018％，其余硼与碳形成硼碳化合物。硼又能显著提高金属材料的淬透性，使铸铁出现马氏体，随含硼量增加，硼碳化结构将变复杂，数量也增加，其宏观硬度和硼碳化物的显微硬度也随之提高。试验表明该铸铁中硼含量若低于0.001％，其耐磨性差；若高于0.01％时，该铸铁的韧性明显降低，脆性增加。
④、锰(Mn)即能形成碳化物，又能溶于基体。锰能稳定珠光体，增加残余奥氏体。锰含量应控制在6～12％。
⑤、硅(Si)在铸铁中是促进石墨化元素，有减少白口的倾向。硅能影响铸铁的铸造性能，并能影响韧性，硅量高会导致脆性增加，硅含量控制在0.4～1.5％。
⑥、磷、硫(P、S)是随炉料或熔化过程中混入的有害物质，应该越低越好。
⑦、稀土(Re)在本发明中的作用是对铁水改性并微合金化，使铸铁中连续网状碳化物变为断网状碳化物。Re过低则起不了改性及微合金化作用，过高又会生成稀土大块灰杂，降低了铸铁的网性。
根据上述原则，故本发明的化学成分重量百分比为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％、复合变质剂0.10～0.50％、Fe余量。
本发明的工艺流程归纳为配料—熔炼—出铁液—变质剂复合处理—浇注。熔炼炉为中频感应炉或电炉，采用价廉的普通废钢、不锈钢废料、碳素铬铁、中碳铬铁、含硼生铁按化学成分的配比设计换算成重量后进行混合加热熔化，待铁水熔清后加入硅铁和锰铁；当炉内熔化温度升至1500～1580℃后进行铁液变质处理铁液，第一次选用Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca复合变质剂处理铁液，目的在于改性并微合金化，并在出炉前再加入化学成分Re改性并微合金化；然后进行第二次复合变质处理，复合变质剂选用Re-Mg-Si-Ca，将其合金破碎至粒度小于16mm小块，经220℃以下烘干，出炉时加入占铁水重量0.10％于钢包中进行复合变质处理，进行二次复合变质处理的目的在于进一步改性提高铁液纯净度；铸件浇注采用金属模或冷硬树脂砂浇注造型，浇注时保持铁水温度1420～1460℃；最后在电阻炉内加热进行双级淬火和低温回火，淬火温度为810～830℃，回火温度为270℃～290℃，即获得新型多元的合金抗磨铸铁。
实施例1以一包铁液(约500kg)的化学成分重量百分比C 0.39％、Si 1.12％、Mn 10％、Cr 6％、B 0.009％、Re 0.8％、杂质P、S各为0.06％、第一次复合变质剂Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca分别为0.15％、第二次复合变质剂Re-Mg-Si-Ca0.10％、Fe余量。
用上述制备工艺获得的铁液浇注金属型试棒，其机械性能为HRC＝67、ak＝6.8J/cm2。
实施例2同样以一包铁液(约500kg)的化学成分重量百分比C 0.32％、Si 0.8％、Mn 8％、Cr 5％、B 0.008％、Re 0.4％、杂质P、S各为0.07％、第一次复合变质剂Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca分别为0.15％、第二次复合变质剂Re-Mg-Si-Ca0.10％、Fe余量。
用上述制备工艺获得的铁液浇注金属型试棒，其机械性能为HRC＝65、ak＝5.7J/cm2。
权利要求
1.一种锰铬硼稀土抗磨铸铁，其特征在于该抗磨铸铁的化学成分重量百分比为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％、复合变质剂0.10～0.50％、Fe余量。
2.根据权利要求1所述的锰铬硼稀土抗磨铸铁，其特征在于所述的变质剂为Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca的组合或Re-Mg-Si-Ca。
3.一种制备权利要求1所述的锰铬硼稀土抗磨铸铁的工艺，其特征在于a、在熔炼炉中进行熔炼，将普通废钢、不锈钢废料、碳素铬铁、中碳铬铁、含硼生铁按化学成分的配比要求，换算成重量进行混合加热熔化，待铁水熔清后加入硅铁和锰铁；b、将炉内熔化温度升至1500～1580℃后，各加入占铁水重量0.10～0.25％的Si-Ca和Re-Mg-Si-Ca复合变质剂处理铁液，出炉前再加入符合化学成分配比设计的稀土Re；c、将Re-Mg-Si-Ca复合变质剂合金破碎至粒度小于16mm的小块，经220℃以下温度烘干，出炉时加入占铁水重量的0.10％于钢包中对铁水进行复合变质剂处理；d、用金属模或冷硬树脂砂浇注造型，浇注温度1420～1460℃；e、浇注后待1～6小时后开箱空冷；f、在电阻炉内加热进行双级淬火，淬火温度810～830℃，恒温3小时，先油后空冷至室温，然后再低温回火，回火温度270℃～290℃，保温4小时后空冷至室温，即得成品。
全文摘要
本发明是一种锰铬硼稀土抗磨铸铁及其制备工艺，其化学成份重量百分比为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％、变质剂0.10～0.50％、Fe余量。制备工艺通过熔炼炉将普通废钢、不锈钢废料、碳素铬铁、中碳铬铁、含硼生铁按化学成分配比要求，换算成重量后混合加热熔化，待铁水熔清后加入硅铁和锰铁，炉内熔化温度升至1500～1580℃后，进行Si－Ca和Re－Mg－Si－Ca第一次复合变质处理铁液，出炉前加入Re，再进行Re－Mg－Si－Ca第二次复合变质处理铁液，铸件浇注后进行双级淬火和低温回火即得成品。本发明与铬系、锰系耐磨铸铁相比，生产成本低，具有极优的耐磨性、抗破碎性和良好的强韧性，使用寿命长，被广泛应用于发电、冶金、矿山、水泥、耐火材料等行业的干湿磨球、板锤、护板等耐磨铸件产品。
文档编号C22C33/08GK1804088SQ20061004926
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月25日 优先权日2006年1月25日
发明者许季祥, 高源江, 丁桂荣 申请人:许季祥