[發明專利]改善鎳硬化型無限冷硬鑄鐵中碳化物形態的合金及制法

無效

• 申請號: 201010163775.2
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101851725A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 廖波;肖福仁;賈建平;孫格平;梁叢斌
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;C22C33/08;C21C7/06;C21D1/26
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域本發明涉及一種合金及其制備方法。

背景技術鎳硬化型無限冷硬鑄鐵由于生產成本低、耐磨性好，在現代礦山、冶金機械中仍大量的應用，如連軋的精軋機架和中厚板板軋機所用的軋輥還主要采用它，目前沒有其它材料所替代。但無限冷硬鑄鐵中碳化物主要是共晶形成的網狀鐵(鉻)碳化物，使耐磨性仍顯不足。為提高鎳硬化型無限冷硬鑄鐵的性能，國內外相繼開發了改進型無限冷硬鑄鐵軋輥。國外專利EP871784A、WO9639544A和WO9639544A1公開了一種含鈮的無限冷硬鑄鐵，其特征是在2.5-4.0％C、0.7-1.2％Si、0.7-1.0％Mn、1.5-2.0％Cr、4.2-4.6％Ni、0.3-0.5％Mo鑄鐵的基礎上加入0.3-6％Nb。中國專利CN1068149公開了釩鈦無限冷硬鑄鐵，其特征是成分中不含Ni、Cr、Mo、Cu等合金元素，成本低，但淬硬層淺，耐磨性不如鎳硬化性鑄鐵好。專利CN1598030公開的改進型鎳鉻鉬無限冷硬主要及復合軋輥，其特征是在2.9-3.7％C、0.6-1.0％Si、0.4-1.2％Mn、1.00-1.2.00％Cr、3.01-5.00％Ni、0.2-0.6％Mo的基礎上，加入0.03-0.1％B和0.2-1.5％Nb，使軋輥的耐磨性顯著提高，但硼增加了基體的脆性。中國專利CN10049447C公開了一種離心復合改進型無限冷硬軋輥及其制備方法，其特征是軋輥外層鑄鐵的成分為3.2-3.8％C、1.0-1.8％Si、＜0.8％Mn、1.2-1.8％Cr、3.8-4.5％Ni、0.2-0.4％Mo、0.2-0.5％Cu成分基礎上添加0.10-0.50％Nb、0.05-0.20％V、0.05-0.20Ti、0.04-0.07％Mg、0.02-0.05Y、0.01-0.03Sb。該發明僅是通過鈮、釩、鈦細化組織，沒有改善碳化物形態和分布，因此只能在一定程度上減小碳化物的尺寸，使鑄鐵的耐磨性得到一定程度改善。

發明內容本發明的目的是提供一種能顯著提高耐磨性的改善鎳硬化型無限冷硬鑄鐵中碳化物形態的合金及制法。本發明的產品是一種在鎳硬化型鑄鐵成分的基礎上添加適量的釩形成的含高釩的鑄鐵合金，它是采用高釩合金化的方式，即利用高釩鑄鐵在凝固過程形成的VC+γ共晶區，形成細小的粒狀碳化物，以及VC對共晶碳化物形核的核心作用減弱或消除共晶網狀碳化物，獲得均勻分布的以粒狀碳化物為主的組織。

本發明高釩鑄鐵合金成分為(質量百分數，％)：3.0-3.4％C、0.7-1.0％Si、0.6-1.0％Mn、1.40-1.85％Cr、4.2-4.6％Ni、0.2-0.5％Mo、3-6％V，0.001～0.04％Zr、其余為Fe和不可避免的微量雜質。

本發明高釩鑄鐵合金可用電爐生產，其制造工藝步驟如下：

(1)將生鐵、廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、鎳鐵等原料按鑄鐵基礎成分配比加到電爐中。加熱熔化，熔煉溫度為1500-1540℃，熔煉時間20-30分鐘。

(2)爐前調整成分，調到上述的成分范圍內，合格后，將溫度升高到熔煉溫度1520±20℃，熔煉15-20分鐘，在熔煉后期，加入脫氧劑鋁，扒渣后將釩鐵加入爐內，熔煉4-8分鐘。

(3)在澆包內埋入原料質量比為0.15-0.23％硅鐵、0.08-0.12％錳鐵和0.12-0.17％硅鋯合金組成的混合孕育劑。上述原料質量為生鐵、廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、鎳鐵和脫氧劑、釩鐵質量的總和。待熔煉爐中鐵水降低到1430-1460℃時，將鐵水導入澆包內進行孕育處理。

(4)澆注溫度為1340-1380℃。

(5)澆注冷卻后的鑄件在460-520℃兩次退火，減少殘余奧氏體含量和應力。

本發明的關鍵是釩含量的確定，通過相圖計算發現，在普通鎳硬化型鑄鐵中添加釩時，隨釩含量的增加，在相圖中出現一個L→γ+VC相區，隨釩含量的增加，該相區擴大，在凝固過程中，共晶VC呈球狀，而且VC還可以成為共晶M₃C型碳化物形核的核心，細化共晶碳化物。但釩含量超過5.5％以上時，將出現先共晶的VC，當釩含量超過6％以上時，先共晶VC顆粒開始粗化，從而可能影響鑄鐵的耐磨性能，因此控制V最高含量不應大于6％。

本發明與現有技術相比具有如下優點：1、鑄鐵的組織細小，碳化物主要以細小粒狀均勻分布，消除網狀碳化物，顯著提高鑄鐵的耐磨性，與普通鎳硬化型鑄鐵相比，耐磨性可以提高45％以上。2、該鑄鐵利用電爐冶煉，澆注成形后，不需要高溫熱處理，生產工藝簡單。

附圖說明

圖1是本發明實施例1制得的高釩鑄鐵合金的碳化物形貌(4％硝酸酒精溶液腐蝕)金相圖。