专利名称：：耐磨铸铁的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种适用于管道产品的耐磨铸铁。日本专利1981-99219号提供了一种与本发明相关的耐磨铸铁，它的化学成份为C3.9～4.20%，Si1.80～2.30%，Mn0.05～1.00%，Ni1.00～2.50%;Cr0.20～1.00%，Cu0.20～1.00%，Mo0.05～1.50%，RE0.15%，除去杂质外由Fe组成。它只适用于轧制铝材用的轧辊，其特点是利用结晶时析出的片状石墨所具有的润滑作用来消除铝粘结缺陷。该种耐磨铸铁选用稀有金属Ni和Mo，这也使其产品具有较高的成本;它的材质硬度仅有HB280～380(相当于HRc29～41)。本发明的目的是配制一种用于承受带温高硬度颗粒介质在高速冲刷磨损下工作，材质中不含自由石墨，硬度高，成型性能和耐磨性能良好，并且产品成本低的耐磨铸铁。本发明采取了如下措施来达到发明的目的。1、选用较低的碳硅当量碳和硅是强烈促进石墨化的元素，选用较低的碳硅当量，是为了减弱碳和硅的石墨化作用，避免材质中有自由碳析出，提高材质中碳化物的含量，增强材质的硬度和耐磨性。2、选用较高的铬Cr含量铬是阻碍石墨化的元素，它不仅具有稳定和细化珠光体的作用，而且能形成弥散的M3C和M7C3型碳化物(M表示碳化物生成元素，MxCy表示碳化物)，这些碳化物的显微硬度很高(HV1700～1900)。选用较高的Cr含量，可以提高铸铁中Cr碳化物的含量，从而可以显著地提高材质的强度、硬度、耐磨性和耐热性能。3、提高含铜Cu量本发明提高含铜Cu量是为了提高材质的强度、韧性和成型能力，避免产品的热裂、冷裂、脆断等严重缺陷。Cu并能与Cr共同作用，生成高硬度复合碳化物，可大大提高材质的耐磨性。Cu在含Cr铸铁中，表现出的作用与Ni一样，就可以不使用贵重金属Ni，从而显著地降低了产品的成本。4、增添硼B元素加入微量的硼就会发生作用，它不会降低材质的性能，只是在莱氏体中出现一部分硼碳化物，由于硼碳化物的显微组织硬度很高(HV1100～1300)，而且在基体中呈均匀分布，因此提高了材质的耐磨性。5、不含贵重的Ni和Mo元素，有利地降低了产品的成本。本发明耐磨铸铁的成份含量(重量%)为碳C为3.5～4.0，硅Si为1.0～1.5，锰Mn0.5～1.0，铬Cr为2.0～3.0，铜Cu1.5～2.5，硼B0.3～0.5，稀土RE0.02～0.05，镁Mg0.03～0.06，杂质磷P＜0.1，S＜0.06，余量为Fe。本发明的较佳含量(重量%)为C3.7～3.8，Si1.1～1.3，Mn0.7～0.9，Cr2.4～2.8，Cu1.8～2.2，B0.3～0.5，RE0.02～0.05，Mg0.03～0.06，杂质P＜0.1，S＜0.06，余量为Fe。下面将详细说明每种化学成份的作用及所选取各成份含量的上、下限的理由。在这里所必须说明的是各成份上、下限选取的理由是针对一种耐磨铸铁所含成份的总体互相配合作用所产生的效果而言。选择耐磨铸铁的化学成份时，必须依据两个条件，一是碳化物的含量、种类和形状;二是基体组织的调整，使铸态或热处理后得到不含珠光体的适当组织，并控制淬透性。承受带温高硬度颗粒介质在高速干摩擦冲刷磨损时，要求材质既要有一定的强度和韧性，又要有很高的硬度，才具有最好的耐磨性。这样的抗磨材料应是在坚强的基体上镶嵌更高硬度的质点所组成的材料才是最合适的，且抗磨相硬质点和基体组织显微硬度越高，二者硬度梯度越低，其耐磨性就越高，这坚强的基体组织应是针状珠光体(理想的是马氏体)，高硬度质点应是碳化物质点(理想的是合金复合碳化物MxCy质点)。本发明就是据此选用化学成份的。1、碳C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。实践证明材质的硬度与含碳量不是简单的比例关系，而是一曲线关系，峰值在共晶成份区。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，但它们又具有相反的方向，含碳量增加，耐磨性提高，但抗冲击韧性呈直线下降。当含碳量低于下限3.5%时，碳化物的含量减少，虽可提高材质的强度和韧性，但硬度较低，耐磨性能差;若含碳量高于上限4.0%时，可提高碳化物的含量，提高材质的硬度和耐磨性，但强度低、韧性差，在生产铸铁管道时产生热裂、冷裂、脆断等。2、硅Si硅是强烈促进石墨化元素，增加含硅量可能促使厚断面产生珠光体，同时又能降低淬透能力，易使马氏体组织中混入珠光体，从而恶化耐磨性，若想提高材质中碳化物含量，提高硬度和耐磨性，应尽量减少含硅量。本发明中若硅含量低于下限1.0%时，对原材料含硅量要求很低，给生产带来困难，并提高了产品的成本;若硅含量高于上限1.5%时，会促进石墨化，材质中产生大量珠光体，降低了硬度和耐磨性，同时也降低了材质的强度和韧性。3、锰Mn锰是一个阻碍石墨化元素。在铸铁中锰含量在中和有害元素硫后有余时，可起稳定碳化物作用，在细化和稳定珠光体的同时，还具有抑制珠光体形成的作用。当锰在铸铁中含量较高时，形成Mn3C型碳化物，在白口铁中以(FeMn)3C型碳化物型式存在，这些碳化物比Fe3C稳定、坚固，进而提高材质的硬度和耐磨性。在本发明中，若锰含量低于下限0.5%时，锰除中和硫的有害作用后所剩不足，会使脱氧不充分，同时也显示不出锰的有利影响;当锰含量高于上限1.0%时，会使碳化物的块度增加，且分布亦会恶化(沿晶界呈连续的网状分布)，使材质的强度、韧性、耐磨性降低。4、磷P磷可降低铸铁的熔点和共晶温度，提高铁水的流动性，改善铸造性能。磷化物虽能提高材质的硬度和耐磨性，但能使材质产生冷脆性，并使材质的韧性急剧下降，因此磷一般是铸铁中的有害元素。含量上限应受到控制，若含磷量限制过低，会导致产品成本的显著增加。本发明要求磷的含量小于0.1%。5、硫S硫是铸铁中的有害元素，少量的硫便能生成化合物FeS或MnS，使铸件产生夹渣缺陷;硫还会降低铁水流动性;还能消弱球化作用，因此含硫量是越少越好，但在金属炉料和燃料中都含有一定的硫量，去除困难，若含量限制过低，会导致产品成本的显著增加。本发明要求磷的含量小于0.06%。6、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、耐热性和淬透能力。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，这些碳化的显微硬度很高(HV1700～1900)，从而可以大大提高材质的硬度和耐磨性能。在本发明中，若铬的含量低于下限2.0%，得不到全白口的组织，存在有细片状珠光体，则材质硬度低，耐磨性差;若铬含量高于上限3.0%，虽然材质的硬度高，耐磨性能好，但材质的韧性差，易产生热裂、冷裂，脆断等。7、铜Cu铜能增加珠光体的含量，同时又能细化珠光体，所以能够增加材质的强度、韧性和成型能力。铜在含铬铸铁中，与镍的作用相同，可阻碍珠光体转变，对减缓奥氏体转变的冷却速度特别有效，甚至厚大铸件也可转变成马氏体。铜并能与铬共同作用，形成复全碳化物，可大大提高材质耐磨性。在本发明中，当含量低于下限1.5%时，它的有利作用发挥的不明显;当含量高于上限2.5%时，虽然材质的强度和韧性可进一步提高，但硬度有所降低。8、硼B铸铁中加入硼，基体组织几乎不发生变化，只是在莱氏体中出现一部分硼碳化物，该碳化物的显微硬度很高(HV1100～1300)，且在基体中呈均匀分布，可提高材质的耐磨性。在铸铁中加入少量的硼就能发生作用，不受铸件壁厚和成份的限制。随着含硼量的增加，材质中硼碳化物含量随之增多，有利于提高耐磨性能。在本发明中为了充分发挥硼碳化物的耐磨性能，含量不能低于下限0.05%;但若高于含量的上限0.1%时，材质的韧性显著降低。9、稀土镁硅铁合金本发明使用的稀土合金所含稀土为轻稀土，以铈(含45～53%CeO2)、钕(含24～29%Nd2O3)、镧(含11～17%La2O3)、镨(含5.2～7.6%Pr6O11)为主。稀土合金加入铁水后，可使石墨球化，并能脱硫、去氧、除气，净化铁水改善铸造性能，减少皮下气孔、夹渣和缩松等铸造缺陷。还具有消除干扰元素的反球化作用。稀土合金元素的加入，能把MxCy碳化物细化均匀散开，从而提高材质的耐磨性和韧性。当稀土合金元素的含量低于下限(RE低于0.02%，Mg低于0.03%)时，不能充分发挥稀土合金元素进行球化处理的有利作用;若RE含量高于上限0.05%，Mg含量高于上限0.06%时，会使材质韧性降低。本发明的耐磨铸铁可以采用三相电弧炉熔炼，也可以采用工频无芯感应电炉熔炼。下面以采用三相电弧炉为例说明本发明的制造方法1、冶炼条件电炉的迥转机构，电器设备、液压系统、水冷装置必须满足使用条件，炉衬几何尺寸符合正常蚀损要求，铁水包转动灵活。2、配料及装炉配料名称、含量比例(重量%)、规格及标准见表一表一<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">配料名称炼钢生铁铸造生铁铬铁铜板硼铁含量50505外加2外加5外加规格P08或P10Z14或Z18Cr4或Cr5Cu－4B101或B102标准GB717－75GB718－82YB64－76YB466－64YB65－60</table></tables>在炉底先装入约占炉料总量20%的起炉块(生铁)，然后在起炉块上依次装入高熔点合金及少量炉料。3、送电熔炼。4、取样进行理化分析，用合金元素调整化学成份含量控制在公差范围内。5、出铁化学成份含量合格后，造渣升温，当铁水达1450～1480℃时扒渣出铁，出铁时用占出铁水总量的0.5%硅铁粉(规格为Si75，标准为YB58-69)进行孕育处理;用占出铁水总量的1.5%的稀土硅铁镁合金(规格Xt-Mg5-8，标准YB65-60)，采用包底冲入法进行球化处理。6、浇注经处理后的铁水，充分搅拌后，稍加静止扒渣后，当温度在1350-1380℃时浇注，一包铁水15分钟内浇注完毕。本发明的耐磨铸铁硬度高、耐磨和成型性能良好。主要适用于承受带温、高硬度颗粒介质在高速冲刷磨损下工作的各种规格、型号的复杂管道，特别适用于采用拔管机专用设备、连续铸造成型直型管道。由于本发明提高了铬、铜含量，添加了硼元素，由此生成了大量的铬碳化物、硼碳化物及铬、铜复合碳化物，材质几乎呈全碳化物组织，因此具有很高的硬度和耐磨性，所以材质中具备了完全不含Ni和Mo贵重元素的条件，从而大大降低了产品的成本。本发明的耐磨铸铁的机械性能为利用通用方法测得的硬度HRc为50～55，抗弯度6bb≥392N/mm2;冲击值(无缺试样)ak为2.0～2.5J/cm2;用特定方法(具体方法将在后面阐述)测得磨损量为0.0007～0.0009克/12小时，它的耐磨度是普通铸铁的4倍、普通碳素钢的6倍。该耐磨铸铁的金相组织为共晶莱氏体十针条状渗碳体十枝晶珠光体十少量马氏体。本发明可广泛应用于热电厂输灰系统及工业其它输送管道。本发明的磨损试验采用如下方法试验设备为MM-200磨损试样机。采用标准磨损试样两块，它为中心带有φ16+0.19mm通孔的圆柱体，柱体外径为φ40±0.005mm，柱体高为10±0.005mm，柱体侧壁的光洁度为8。上试样是主磨头，材料是GCr15，下试样为本发明的耐磨铸铁。上下两块试样对磨，试验时，将上试样固定，下试样以200转/分的速度旋转，两试样间的压力负荷为50kg，试验时间12小时;润滑液采用20＃机油加MgO磨料的方法(5kg20＃机油加30gMgO);予磨半小时，予磨时加负载30kg。采用下面实施例对本发明作进一步说明。本发明的耐磨铸铁的实施例及性能用表二(见14页)陈述。表二<tablesid="table2"num="002"><tablealign="center">实施例序号1234化学成分︵重量百分比︶C3.813.523.783.92Si1.321.491.411.06Mn0.820.530.930.97P0.0810.0720.0560.049S0.0460.0430.0280.035Cr2.562.112.432.89Cu2.061.621.892.31B0.410.340.470.49RE0.0310.0250.0280.034Mg0.0390.0330.0370.035Fe余量余量余量余量机械性能HRc53.550.55355σbb(N/mm2)438467452402ak(J/cm2)2.32.52.42.0磨损量(克／12小时)0.00080.00090.00080.0007</table></tables>权利要求1.一种适用于管道的耐磨铸铁，其特征是由C3.5～4.0%，Si1.0～1.5%，Mn0.5～1.0%，Cr2.0～3.0%，Cu1.5～2.5%，B0.3～0.5%，RE0.02～0.05%，Mg0.03～0.06%，杂质为P＜0.1%，S＜0.06%，余量为Fe所组成。2.根据权利要求1所述的耐磨铸铁，其特征是较佳含量为C3.7～3.8%，Si1.1～1.3%Mn0.7～0.9%，Cr2.4～2.8%，Cu1.8～2.2%，B0.3～0.5%，RE0.02～0.05%，Mg0.03～0.06%，杂质P＜0.1%，S＜0.06%，余量为Fe。全文摘要本发明属于一种适用于管道产品的耐磨铸铁。它提供了一种由C3.5～4.0％，Si1.0～1.5％，Mn0.5～1.0％，Cr2.0～3.0％，Cu1.5～2.5％，B0.3～0.5％，RE0.02～0.05％，Mg0.03～0.06％，杂质为P＜0.1％，S＜0.06％，余量为Fe所组成的硬度高、耐磨性能和成型性能良好的耐磨铸铁。它的产品适于承受带温、高硬度颗粒介质在高速冲刷磨损下工作。因不含贵重金属元素，所以产品成本低，可广泛应用于热电厂输灰系统及工业其它输灰管道。文档编号C22C37/06GK1055562SQ9010191公开日1991年10月23日申请日期1990年4月9日优先权日1990年4月9日发明者李纪申请人:国营江山机械厂