[發(fā)明專利]一種過共晶高鉻白口鑄鐵及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810018387.8
• 申請日: 2008-06-05
• 公開（公告）號: CN101302597A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 皇志富;邢建東;高義民
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C22C33/08;C21D1/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 惠文軒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及耐磨白口鑄鐵及其制備方法，特別是一種過共晶高鉻白口鑄鐵及其制備方法，該鑄鐵適用于制備輸送具有沖蝕磨損漿料的渣漿泵、抽黃泵的過流件(如葉輪、護(hù)板和殼體等)。

背景技術(shù)

高鉻白口鑄鐵是一類應(yīng)用非常廣泛的重要耐磨材料，由于其組織中大量存在的高硬度M₇C₃型碳化物而具有優(yōu)良的耐磨性，同時(shí)該碳化物形貌呈桿狀分布而較其它白口鑄鐵的韌性有所改善。高鉻白口鑄鐵中的鉻元素不僅可有效提高材料在漿料中的腐蝕抗力，同時(shí)大量存在的含鉻的硬質(zhì)相M₇C₃型碳化物有力地提高了材料的磨損抗力，提高了過流件的使用壽命。因此廣泛用于冶金、礦山、水利、電力、化工等領(lǐng)域的各類磨損部件以及各種輸送含固體顆粒流體泵的過流件(如葉輪、護(hù)套和護(hù)板等)。

在高鉻白口鑄鐵中，碳化物數(shù)量的增加對過流件沖蝕磨損抗力的提高具有重要的影響，但碳化物數(shù)量提高到一定程度，將會出現(xiàn)粗大的初生碳化物，導(dǎo)致高鉻白口鑄鐵的韌性急劇下降，從而使過共晶高鉻白口鑄鐵失去使用價(jià)值。因而，目前用于這一類過流件的高鉻白口鑄鐵為碳當(dāng)量通常以不超過共晶點(diǎn)上限的亞共晶高鉻白口鑄鐵，如我國耐磨材料國家標(biāo)準(zhǔn)中的KMTBCr26鑄鐵。

過共晶高鉻白口鑄鐵的抗磨性優(yōu)于工業(yè)上常用的亞共晶高鉻白口鑄鐵，二者成本相當(dāng)，所以過共晶高鉻白口鑄鐵性價(jià)比高。但是由于過共晶白口高鉻鑄鐵中存在大量粗大的硬脆相碳化物，使韌性顯著降低，限制了其工業(yè)化應(yīng)用。在保證過共晶高鉻白口鑄鐵高硬度、高耐磨性的同時(shí)，若想提高其韌性，最有效地辦法就是細(xì)化其中初生碳化物。可見，通過細(xì)化碳化物、改善其分布和形態(tài)，是提高過共晶高鉻白口鑄鐵韌性的重要手段。為提高過共晶高鉻白口鑄鐵的韌性，國內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)。

發(fā)明專利CN1769508A公開了一種低成本高耐磨的過共晶高鉻鑄鐵及其制備方法，其主要成分為C：3.5～4.5％，Mn：1.0～3.0％，Cr：17～30％，Si：0.5～1.5％，Cu：1.0～2.0％，P：≤0.06％，S：≤0.06％，Ni≤1％，余量為鐵。其制備方法是采用二次孕育變質(zhì)處理的方法細(xì)化初生碳化物，包內(nèi)孕育劑的中間合金含有的TiN、NbN等顆粒作為促進(jìn)初生碳化物形核的基體，增加初生碳化物的形核數(shù)量。稀土、鎂和鉀等富集在初生碳化物的表面，使其細(xì)化、團(tuán)球化。隨流孕育劑的作用是大大加快合金的凝固，使初生碳化物來不及長大，從而達(dá)到細(xì)化初生碳化物的目的。該發(fā)明通過預(yù)加含TiN、NbN等顆粒的中間合金在包內(nèi)孕育，作為初生碳化物的異質(zhì)形核基底。該發(fā)明中TiN、NbN等顆粒在鐵水中易團(tuán)聚，分布均勻性較差，使碳化物的形態(tài)和分布均勻性較差，導(dǎo)致鑄件性能波動較大。此外，該發(fā)明需要加入價(jià)格較高的Cu、Ni合金元素，無疑會增加材料的生產(chǎn)成本。

發(fā)明專利CN101173340A公開了一種鑄態(tài)高碳高鉻鑄鐵及其制備方法。高碳高鉻鑄鐵化學(xué)組成成分是(重量百分比)：4.5-5.5C，22.5-30.8Cr，3.0-5.0V，0.7-1.2Mn，0.2-0.5Nb，0.5-1.0Ti，0.08-0.20Mg，0.05-0.20Na，0.05-0.20RE，Si＜1.0，其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。鑄態(tài)高碳高鉻鑄鐵在出爐時(shí)用釩鐵顆粒孕育，并用稀土鎂合金和鈉鹽進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理，在200-280℃下進(jìn)行去應(yīng)力退火處理后可直接使用。該發(fā)明雖然不需要淬火處理，能耗低，生產(chǎn)周期短，但是由于加入價(jià)格較貴的Nb、V合金元素是生產(chǎn)成本同樣會增加。另外，稀土鎂合金和鈉鹽進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理效果不穩(wěn)定，而且在高溫下易燃燒和揮發(fā)，會造成環(huán)境污染。

專利WO8404760-A1和EP147422-A1公開了一種耐磨鑄造過共晶高鉻白口鑄鐵，其主要成分(Wt.％)為：C＞4.0；Cr25-45；Mn0-15；Mo0-10；Ni0-10；B0-2；Ti，V，W，Ta和Nb至少加入一種，每一種元素加入量＜5.0且Ti，V，W，Ta和Nb的總量小于15.0％。這種合金采用低溫澆注，澆注溫度不超過液相線溫度100℃。獲得的初生碳化物尺寸約為75μm。由于這種材質(zhì)需要較低的澆注溫度，在澆注薄壁、復(fù)雜件時(shí)成形困難，且加入價(jià)格較貴的Mo、Ni等元素，導(dǎo)致生產(chǎn)成本過高。專利WO2004/103608介紹了一種用消失模生產(chǎn)的過共晶高鉻鑄鐵的方法，可用于生產(chǎn)渣漿泵、旋流器等破碎設(shè)備的部件。該方法中模具投資大，不適于單件或小批量鑄件的生產(chǎn)；孕育劑的粒度較小，一般不超過100μm，其表面的氧化物等雜質(zhì)相對較多，會污染鑄件的組織，從而不利于其韌性提高。