本发明涉及铸铁技术领域，具体涉及一种抗高温氧化耐磨灰口铸铁及其制备方法。
背景技术：
灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，断裂时断口呈暗灰色，主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80％以上。灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体-珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。目前现有的灰铸铁力学性能差、硬度低，长期处于高温条件下易被氧化，使用寿命短。
技术实现要素：
针对上述存在的问题，本发明提出了一种具有优良力学性能和硬度的抗高温氧化耐磨灰口铸铁及其制备方法。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种抗高温氧化耐磨灰口铸铁由以下质量份数制成：碳3.35-3.6％、硅1.6-1.8％、锰1.15-1.25％、钼0.3-0.4％、钒0.5-0.8％、硼0.5-1.3％、氮0.005-0.012％、铝0.4-1.2％、铌0.05-0.2％、钛0.05-0.2％、余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，抗高温氧化耐磨灰口铸铁由以下质量份数制成：碳3.4-3.6％、硅1.7-1.8％、锰1.2-1.25％、钼0.35-0.4％、钒0.6-0.8％、硼1-1.3％、氮0.01-0.012％、铝0.8-1.2％、铌0.15-0.2％、钛0.15-0.2％、余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，各化学元素通过以下原料进行添加：废钢、灰铸铁回炉料、硅铁、石油焦增碳剂、锰铁、钼铁、钒铁、硼砂、氮化铁、电解铝、铌铁、钛铁。
优选的，抗高温氧化耐磨灰口铸铁的制备方法，制备步骤如下：
1)将废钢、灰铸铁回炉料送入中频感应电炉中熔炼，升温至1300-1350℃，然后加入硅铁、石油焦增碳剂、锰铁、钼铁、钒铁、氮化铁、电解铝、铌铁、钛铁升温至熔融，取样进行成分分析，调整；
2)调节温度为1530-1550℃加入硼砂进行一次变质，氧化处理，然后喷洒除渣剂，搅拌2-3min后静置保温，待造渣厚度为15-20mm时，扒渣；
3)调节温度为1490-1500℃，加入孕育剂进行二次变质，保温30min，然后再次喷洒除渣剂，搅拌2-3min后静置保温，待造渣厚度为10-15mm时，扒渣；
4)调节铁液温度为1420-1440℃，出钢，待铁液温度冷却至1380-1400℃进行浇注得初产品；
将初产品在580℃进行一次淬火，降温至室温后再升温至820℃进行二次淬火，然后在380℃回火4-5h，即可。
优选的，步骤2)中除渣剂用量为铁液质量的0.8％，步骤3)中除渣剂用量为铁液质量的0.5％。
优选的，步骤2)和步骤3)中的除渣剂由珍珠岩、焦炭粉和氟化钠组成，其中氟化钠占除渣剂总质量的13-15％。
优选的，步骤3)中孕育剂包括以下化学元素：硅、锆、镧、铈、镁、氮。
优选的，步骤4)中浇注时间为12-14min。
优选的，步骤1)至步骤3)在氮气氛围下熔炼。
由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：氮化铁提供的氮元素以及孕育剂中的氮元素可以使初生奥氏体一次轴变短，二次臂间距减小，使共晶团细化，珠光体数量增多，提高硬度。孕育剂中锆有良好的耐腐蚀性，且其在加热时能大量吸收氮气，含氮和稀土镧、铈的孕育剂显著提高了灰口铸铁的抗拉强度，而且有利于铁液的流动性，减小了铸造应力、断面敏感性和铁液凝固时的收缩性。过冷元素镁、钛可提高铸铁锅冷程度、细化晶粒、增加奥氏体数量及促进珠光体的形成，同时镁还有脱硫的作用。钛、铌与氮、碳形成化合物镶嵌在金属基体中，且金相组织中出现少量的D、E型石墨，大大提高了灰口铸铁的强度和硬度。钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力，硅和钼结合，有利于提高抗腐蚀性和抗氧化性。钒是优良脱氧剂，可细化组织晶粒，提高强度和韧性，钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。硼砂在熔炼过程中受热分解反应成氧化硼可溶解合金表面的氧化膜，净化表面，提高了浸润能力。本发明具有优异的力学性能和抗磨性，耐热疲劳和抗高温氧化性强，解决了现有技术中灰口铸铁硬度低、抗拉强度低和抗高温氧化性弱的问题。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
抗高温氧化耐磨灰口铸铁由以下质量份数制成：碳3.38％、硅1.65％、锰1.2％、钼0.32％、钒0.7％、硼0.6％、氮0.005％、铝0.4％、铌0.08％、钛0.06％、余量为铁和不可避免的杂质。
抗高温氧化耐磨灰口铸铁的制备方法，其制备步骤如下：
1)将废钢、灰铸铁回炉料送入中频感应电炉中熔炼，升温至1320℃，然后加入硅铁、石油焦增碳剂、锰铁、钼铁、钒铁、氮化铁、电解铝、铌铁、钛铁升温至熔融，取样进行成分分析，调整；
2)调节温度为1535℃加入硼砂进行一次变质，氧化处理，然后喷洒除渣剂，搅拌2min后静置保温，待造渣厚度为16mm时，扒渣；
3)调节温度为1492℃，加入孕育剂进行二次变质，保温30min，然后再次喷洒除渣剂，搅拌2min后静置保温，待造渣厚度为12mm时，扒渣；
4)调节钢液温度为1425℃，出钢，待铁液温度冷却至1390℃进行浇注得初产品，浇注时间为12min；
5)将初产品在580℃进行一次淬火，降温至室温后再升温至820℃进行二次淬火，然后在380℃回火4.2h，即可。
实施例2：
抗高温氧化耐磨灰口铸铁由以下质量份数制成：碳3.35％、硅1.6％、锰1.24％、钼0.36％、钒0.5％、硼1.2％、氮0.008％、铝0.8％、铌0.12％、钛0.12％、余量为铁和不可避免的杂质。
抗高温氧化耐磨灰口铸铁的制备方法，其制备步骤如下：
1)将废钢、灰铸铁回炉料送入中频感应电炉中熔炼，升温至1330℃，然后加入硅铁、石油焦增碳剂、锰铁、钼铁、钒铁、氮化铁、电解铝、铌铁、钛铁升温至熔融，取样进行成分分析，调整；
2)调节温度为1540℃加入硼砂进行一次变质，氧化处理，然后喷洒除渣剂，搅拌2min后静置保温，待造渣厚度为30mm时，扒渣；
3)调节温度为1495℃，加入孕育剂进行二次变质，保温30min，然后再次喷洒除渣剂，搅拌3min后静置保温，待造渣厚度为15mm时，扒渣；
4)调节钢液温度为1435℃，出钢，待铁液温度冷却至1380℃进行浇注得初产品，浇注时间为12min；
5)将初产品在580℃进行一次淬火，降温至室温后再升温至820℃进行二次淬火，然后在380℃回火4.5h，即可。
实施例3：
抗高温氧化耐磨灰口铸铁由以下质量份数制成：碳3.4％、硅1.72％、锰1.25％、钼0.35％、钒0.55％、硼1.3％、氮0.01％、铝0.9％、铌0.15％、钛0.2％、余量为铁和不可避免的杂质。
抗高温氧化耐磨灰口铸铁的制备方法，其制备步骤如下：
1)将废钢、灰铸铁回炉料送入中频感应电炉中熔炼，升温至1300℃，然后加入硅铁、石油焦增碳剂、锰铁、钼铁、钒铁、氮化铁、电解铝、铌铁、钛铁升温至熔融，取样进行成分分析，调整；
2)调节温度为1548℃加入硼砂进行一次变质，氧化处理，然后喷洒除渣剂，搅拌2min后静置保温，待造渣厚度为18mm时，扒渣；
3)调节温度为1500℃，加入孕育剂进行二次变质，保温30min，然后再次喷洒除渣剂，搅拌3min后静置保温，待造渣厚度为14mm时，扒渣；
4)调节钢液温度为1440℃，出钢，待铁液温度冷却至1385℃进行浇注得初产品，浇注时间为14min；
5)将初产品在580℃进行一次淬火，降温至室温后再升温至820℃进行二次淬火，然后在380℃回火4.8h，即可。
实施例4：
抗高温氧化耐磨灰口铸铁由以下质量份数制成：碳3.52％、硅1.75％、锰1.15％、钼0.3％、钒0.62％、硼1％、氮0.0012％、铝1％、铌0.2％、钛0.05％、余量为铁和不可避免的杂质。
抗高温氧化耐磨灰口铸铁的制备方法，其制备步骤如下：
1)将废钢、灰铸铁回炉料送入中频感应电炉中熔炼，升温至1350℃，然后加入硅铁、石油焦增碳剂、锰铁、钼铁、钒铁、氮化铁、电解铝、铌铁、钛铁升温至熔融，取样进行成分分析，调整；
2)调节温度为1530℃加入硼砂进行一次变质，氧化处理，然后喷洒除渣剂，搅拌2min后静置保温，待造渣厚度为15mm时，扒渣；
3)调节温度为1493℃，加入孕育剂进行二次变质，保温30min，然后再次喷洒除渣剂，搅拌2min后静置保温，待造渣厚度为10mm时，扒渣；
4)调节钢液温度为1420℃，出钢，待铁液温度冷却至1400℃进行浇注得初产品，浇注时间为14min；
5)将初产品在580℃进行一次淬火，降温至室温后再升温至820℃进行二次淬火，然后在380℃回火5h，即可。
实施例5：
抗高温氧化耐磨灰口铸铁由以下质量份数制成：碳3.55％、硅1.62％、锰1.22％、钼0.4％、钒0.8％、硼0.5％、氮0.006％、铝1.2％、铌0.05％、钛0.08％、余量为铁和不可避免的杂质。
抗高温氧化耐磨灰口铸铁的制备方法，其制备步骤如下：
1)将废钢、灰铸铁回炉料送入中频感应电炉中熔炼，升温至1340℃，然后加入硅铁、石油焦增碳剂、锰铁、钼铁、钒铁、氮化铁、电解铝、铌铁、钛铁升温至熔融，取样进行成分分析，调整；
2)调节温度为1533℃加入硼砂进行一次变质，氧化处理，然后喷洒除渣剂，搅拌2min后静置保温，待造渣厚度为16mm时，扒渣；
3)调节温度为1498℃，加入孕育剂进行二次变质，保温30min，然后再次喷洒除渣剂，搅拌3min后静置保温，待造渣厚度为11mm时，扒渣；
4)调节钢液温度为1428℃，出钢，待铁液温度冷却至1395℃进行浇注得初产品，浇注时间为14min；
5)将初产品在580℃进行一次淬火，降温至室温后再升温至820℃进行二次淬火，然后在380℃回火4.3h，即可。
实施例6：
抗高温氧化耐磨灰口铸铁由以下质量份数制成：碳3.6％、硅1.8％、锰1.18％、钼0.38％、钒0.6％、硼0.8％、氮0.009％、铝0.6％、铌0.1％、钛0.15％、余量为铁和不可避免的杂质。
抗高温氧化耐磨灰口铸铁的制备方法，其制备步骤如下：
1)将废钢、灰铸铁回炉料送入中频感应电炉中熔炼，升温至1310℃，然后加入硅铁、石油焦增碳剂、锰铁、钼铁、钒铁、氮化铁、电解铝、铌铁、钛铁升温至熔融，取样进行成分分析，调整；
2)调节温度为1545℃加入硼砂进行一次变质，氧化处理，然后喷洒除渣剂，搅拌3min后静置保温，待造渣厚度为17mm时，扒渣；
3)调节温度为1490℃，加入孕育剂进行二次变质，保温30min，然后再次喷洒除渣剂，搅拌2min后静置保温，待造渣厚度为14mm时，扒渣；
4)调节钢液温度为1436℃，出钢，待铁液温度冷却至1390℃进行浇注得初产品，浇注时间为13min；
5)将初产品在580℃进行一次淬火，降温至室温后再升温至820℃进行二次淬火，然后在380℃回火4h，即可。
实施例7：
抗高温氧化耐磨灰口铸铁由以下质量份数制成：碳3.5％、硅1.76％、锰1.16％、钼0.36％、钒0.78％、硼1.1％、氮0.011％、铝0.5％、铌0.18％、钛0.13％、余量为铁和不可避免的杂质。
抗高温氧化耐磨灰口铸铁的制备方法，其制备步骤如下：
1)将废钢、灰铸铁回炉料送入中频感应电炉中熔炼，升温至1330℃，然后加入硅铁、石油焦增碳剂、锰铁、钼铁、钒铁、氮化铁、电解铝、铌铁、钛铁升温至熔融，取样进行成分分析，调整；
2)调节温度为1550℃加入硼砂进行一次变质，氧化处理，然后喷洒除渣剂，搅拌3min后静置保温，待造渣厚度为20mm时，扒渣；
3)调节温度为1496℃，加入孕育剂进行二次变质，保温30min，然后再次喷洒除渣剂，搅拌3min后静置保温，待造渣厚度为13mm时，扒渣；
4)调节钢液温度为1438℃，出钢，待铁液温度冷却至1400℃进行浇注得初产品，浇注时间为13min；
5)将初产品在580℃进行一次淬火，降温至室温后再升温至820℃进行二次淬火，然后在380℃回火4.6h，即可。
将本发明实施例制备的产品进行性能测试，数据如下：
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。