专利名称：一种低碳高铬铸铁耐磨材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于冶金机械，特别是轧钢机械耐磨工艺件-矫直辊，轧辊用低碳高铬铸铁新材料。
矫直辊是钢材生产不可缺少的耐磨工艺备件，其表面加工成一定的孔型，在矫直钢材时，孔型表面与钢材直接接触，在压力的作用下，承受滚动和滑动摩擦，磨损严重。目前，我国型钢和钢管矫直辊选用的材料一般为三种1、冷硬铸铁2、锻钢，如45＃，9CrSi，9Cr2，9Cr2MoV等3、合金铸钢使用上述材质的局限和不足是冷硬铸铁矫直辊耐磨性差，同时因其高硬度白口层厚度有限，当这层白口层加工掉或磨掉后硬度就大大降低，一般只能修复1-2次，有的甚至使用一次便报废，所以使用寿命低，而且由于白口层无法焊接，给铸造及修复带来困难。合金锻钢矫直辊生产工艺复杂，成本高，淬火硬度不易均匀且不易保证一定的深度，同时很难焊接，故常常造成废品，修复再用也很困难，当淬火层磨掉后，耐磨性下降，影响寿命;合金铸钢矫直辊情况与合金锻钢矫直辊基本相同。
轧辊的情况与矫直辊基本相似。
由于上述原因，造成目前我国轧钢工艺备件，如矫直辊、轧辊等寿命低，更换频繁，消耗量大，严重影响轧机作业率，也增加了工人劳动强度。
本发明的目的就是要解决上述问题，特别是为轧钢耐磨工艺件如矫直辊、轧辊等提供一种适用的新材料，这种材料应具备良好的综合性能，即同时具备高强度、高硬度、高耐磨性，可加工性和可焊性。
高铬铸铁是一种成分范围较宽的高合金白口铁，实践证明，一般牌号的高铬铸铁不能满足需要，必须设计一种新成分的高铬铸铁来达到本发明的目的。
通过大量试验和试用，我们确定了低碳高铬铸铁的成分为C 1.6-2.2%、Cr 16-21%、Mo 1-2%、Ni 0.5-2%、Cu 0.8-1.2%、Mn 0.6-0.9%、Si 0.4-0.9%，其余为Fe和不可避免的杂质。
碳是最基本，最重要的元素，其含量多少直接影响到高铬铸铁的金相组织，从而决定了材料的强度、硬度、韧性、耐磨性能和焊接性能。提高含碳量可提高材料的硬度和强度，从而提高材料的耐磨性能，但是含碳量太高韧性大大降低，引起材料脆化，同时影响焊接性能，当含碳量大于2.2%时，焊接性能就会逐渐变坏。综合考虑新材料的要求以低碳为佳。
铬是最主要的合金化元素，在决定材料的组织和性能方面起关键作用。为了保证有足够数量的耐磨的(Cr、Fe)7C3型碳化物，必须控制铬的含量，当铬低于12%时，导致渗碳体碳化物的形成，降低耐磨性;若铬含量高于30%，则基体变成铁素体，其耐蚀性较好，但耐磨性差，同时考虑Cr/c比，将含Cr量确定为16-21%。
镍、钼、铜是通过强化基体来改善材料的综合性能，特别是强度和韧性。强化基体后，使高硬度的碳化物镶嵌在高强度的基体上，从而提高材料的耐磨性。但是钼含量大于2%时会增加材料裂纹敏感性，铜含量大于1.2%，镍含量大于2%时，会降低基体的硬度，所以将钼含量确定为1-2%;镍含量确定为0.5-2%;铜含量确定为0.3-1.2%。
本发明可采用整体铸造、镶嵌复合铸造，离心铸造等方法制成轧钢机械用耐磨工艺件，如矫直辊、轧辊等，且可用常规方法对铸造缺陷进行焊补或将本发明与其它可焊材料如20＃、45＃、40Cr等钢材焊接成一体。
本发明为铸态机加工，铸态使用，其铸态性能为σb＝500-600MPa、σbb＝600-800MPa、αk＝12-20J/cm2HRC＝50-60下面以实施例进一步说明本发明的高铬铸铁的性能和效果。
实施例1本发明的试样已制成角钢矫直辊在济南钢铁总厂试用，矫直3＃-5＃角钢比低铬钼冷硬铸铁矫直辊提高寿命52倍。其成分和性能为C 2.1%、Cr 20.5%、Mo 1.8%、Ni 1.5%、Cu 0.95%、Mn 0.8%、Si 0.6%、σb＝589MPa、σbb＝780MPa、αk＝14J/cm2;HRc＝55实施例2本发明试样已制成角钢矫直辊，在烟台钢厂、天津轧钢三厂试用，矫直3＃-4＃角钢一次性使用寿命比冷硬铸铁矫直辊提高寿命10倍。其成分和性能为C 1.7%、Cr 18.2%、Mo 1.2%、Ni 1.0%、Cu 1.0%、Mn 0.85%、Si 0.64%、σb＝512MPa、σbb＝620MPa、αk＝18J/cm2、HRc＝50。其中天津轧钢三厂使用的部分矫直辊工作面有铸造缺陷进行焊补，在使用中并没有脱落，没有影响使用寿命。
实施例3本发明的试样已制成钢管矫直辊，在张店钢厂试用，矫直焊管，使用寿命是45＃锻钢矫直辊的10倍，是QT60-2球墨铸铁矫直辊的20倍;在宝钢集团鲁宝钢管厂试用。矫直φ159×5-18无缝钢管7万多吨，比9Cr2MOV锻钢矫直辊提高寿命1倍并仍在装机使用中，该套试样工作面有部分铸造缺陷经焊补在使用中没发生脱落现象，也没影响使用寿命，其成分和性能为C 1.98%、Cr 18.6%、Mo 1.05%、Ni 1.0%、Cu 1.1%、Mn 0.75%、Si 0.5%、σb＝525MPa、σbb＝650MPa、αk＝16J/cm2、HRc＝53实施例4本发明的试样已制成焊管机组用轧辊，比3Cr2W8V和GCr15锻钢轧辊提高寿命3倍，其成分和性能为C 2.2%、Cr 17%、Mo 1.5%、Ni 1%、Cu 0.90%、Mn 0.88%、Si 0.76%、σb＝598MPa、σbb＝778MPa、αk＝12J/cm2、HRc＝58。
通过上述实验和试用证明新材料具有高强度、高硬度、高耐磨性，可加工性和可焊性等良好的综合性能，是一种理想的耐磨材料，特别适合轧钢机械用耐磨工艺件-矫直辊，轧辊使用。
本发明经新颖性检索，国内外专利，尚未发现与本发明成分完全相同的高铬铸铁材料。
本发明的实施应用，将可节约大量金属材料，可使用户备件费节省50%以上，提高轧机作业率，增加产量，减轻工人劳动强度，将产生良好的经济效益和社会效益。
权利要求
一种适用于冶金机械，特别是轧钢机械耐磨件-矫直辊，轧辊采用的低碳高铬铸铁材料，其特征在于，化学成份为(重量%)C1.6-2.2%、 Cr16-21%、 Mo1～2%、Ni0.5-2%、 Cu0.8-1.2%、Mn0.6-0.9%、Si0.4-0.9%、其余为Fe和不可避免的杂质。
全文摘要
本发明涉及了一种适用于冶金机械，特别是轧钢机械耐磨工艺件——矫直辊，轧辊用低碳高铬铸铁新材料，其铸态性能为σ
文档编号C22C37/06GK1080666SQ9310682
公开日1994年1月12日 申请日期1993年6月11日 优先权日1993年6月11日
发明者袁厚之, 崔庆礼, 殷行全, 陈维源, 刘行一 申请人:山东省冶金研究所