專利名稱：一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，同時還涉及該材料的制備方法，屬于金屬耐磨材料領域。
背景技術：
鉻系抗磨鑄鐵起源于二十世紀初期，但其廣泛應用卻始于二次世界大戰結束以后。半個多世紀以來，國內外鑄造工作者對鉻在鑄鐵中的作用進行了大量的研究，使鉻系抗磨鑄鐵的性能不斷提高，生產工藝逐漸簡化。我國鉻系抗磨鑄鐵的研究與應用經歷了由低鉻鑄鐵到高鉻鑄鐵的歷史發展階段，其中，高鉻鑄鐵材料是在20世紀70年代后期飛速發展起來的。高鉻鑄鐵是一種優良的抗磨材料，在礦山、建材、冶金、火力發電等行業得到了廣泛的應用，已逐步取代一些傳統的抗磨鍛鋼，如中錳球鐵、抗磨鍛鋼和低合金鋼等。但是，由于單一鉻合 金鑄鐵的淬透性和韌性不足，導致鑄件心部抗磨能力差或發生早期斷裂。因此，傳統的方法是在單一的鉻合金鑄鐵中加入鑰、鎢、鈮、鎳等貴金屬元素，以提高材料的淬透性和淬硬性。但是由于這些貴金屬屬于稀缺資源，且在材料中大量使用會增加生產成本,因此貴金屬的添加制約了鑄鐵材料的發展。目前，市面上的許多鑄鐵材料都會選擇添加廉價易得的金屬材料替代貴金屬材料，但是這樣勢必會造成合金鑄鐵材料性能的降低，無法滿足實際生產需要。GB/T24597-2009《鉻錳鎢系抗磨鑄鐵件》和GB/T8263-2010《抗磨白口鑄鐵件》中的高鉻鑄鐵化學成分范圍過于寬泛，亦無法滿足企業實際技術生產需要。CN101012526A公開了一種稀土多元微合金化高鉻鑄鐵，該鑄鐵的化學成分按重量份計含有，碳1.0-3.5份、鉻8.0-26.0份、鎳 0.5-4.5 份、鑰 0.15-2.0 份、銅 0.5-2.0 份、鋁 0.05-2.0 份、釩 0.03-0.3 份、稀土
0.005-0.20份、硅< 0.5份、錳< 0.7份、硫< 0.05份、磷< 0.05份，余量為鐵，該鑄鐵的化學成分按重量份還含有鈦0.03-0.30份，還含有鈮0.03-0.30份，還含有鎢0.80-3.70份。采用該化學成分的鑄鐵進行后續的熱處理，最高硬度可達59-64HRC，但是其無法同時滿足高硬度和高沖擊韌性的要求。

發明內容
本發明的目的是提供一種高硬度、高沖擊韌性的溜槽襯板用耐磨合金鑄鐵材料。為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是提供一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，由以下質量分數的化學成分組成:C2.6-3.0%、Si0.3-1.0%、Mn0.5-1.0%、Cr21-23%、Mo0.8-1.2%、Cu0.8-1.2%、W0.6-0.9%、V0.1-0.2%、Ti0.06-0.12%、B0.001-0.003%、RE0.04-0.08%、Y0.04-0.08%、A10.04-0.08%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為Fe。所述的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，由以下質量分數的化學成分組成:C2.7-2.9%、Si0.4-0.9%、Mn0.6-0.9%、Cr21.5-22.5%、Mo0.9-1.1%、Cu0.9-1.1%、W0.7-0.8%、V0.11-0.19%、Ti0.07-0.11%、B0.0015-0.0028%、RE0.05-0.07%、Y0.05-0.07%、Al0.05-0.07%、S 彡 0.06%、P ( 0.06%，其余為 Fe。所述溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的優化配比由以下質量分數的化學成分組成:C2.85%、Si0.56%、Mn0.66%、Cr22.01%、Mol.07%、Cu0.94%、W0.83%、V0.15%、Ti0.065%、B0.002%、RE0.06%、Y0.06%、A10.06%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為 Fe。本發明的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，采用750kg中頻電爐熔煉，潮型石英砂造型加冒口補縮的鑄造工藝，包括以下步驟:I)按配方量加入除稀土元素外的金屬爐料，并熔煉成鐵液；2)在鐵液中按配方量加入稀土元素變質處理后澆注制得鑄件；3)將鑄件升溫至650-750°C保溫l_3h，然后升溫到1000-1050°C保溫5_7h后出爐冷卻至室溫；4)將冷卻鑄件回火，回火溫度250_450°C，回火保溫時間5_7h，然后出爐空冷即得。所述金屬爐料為廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、鎢鐵、廢黃銅、錳鐵、釩鐵、鈦鐵及硼鐵。所述稀土元素為輕稀土 RE和重稀土 Y。所述輕稀土 RE為稀土娃；所述稀土娃為粒度5-8_的稀土娃。所述重稀土 Y為粒度3_5mm的重稀土 Y。步驟3)中冷卻方式可以為霧冷、風冷或空冷。本發明的化學成分具有以下作用:C是高鉻鑄鐵中提高淬透性主要元素，C決定碳化物數量，與Cr結合形成鉻合金碳化物，提高耐磨性。C含量過高，將會造成共晶碳化物含量增加，沖擊韌性降低，材料易脆斷開裂，造成早期失效。C含量較低時，共晶碳化物含量降低，影響耐磨性的提高。Cr是強碳化物形成元素，Cr決定碳化物類型，提高耐磨性。Mo是強碳化物形成元素，提高淬透性和耐磨性，細化晶粒，抑制珠光體組織出現，提聞抗回火穩定性。W與Mo作用基本相同，但W淬硬性和紅硬性效果優于Mo，特別是在較高溫度下(約800°C左右)性能不變，使本發明材料在具有高溫氧化和一定腐蝕條件下，仍具有高硬抗磨性。Cu屬奧氏體穩定元素，強化基體，提高淬透性，增加韌性。Cu與Mo聯合使用淬透性效果更好。Cu與Ni作用基本相同，提高抗腐蝕性。V、Ti均是強碳化物形成元素，且細化晶粒，凈化晶界，改善碳化物的形態、大小、數量與分布，提高材料綜合性能效果十分明顯。Ti溶于固溶體時提高淬透性，形成碳化物時降低淬透性，延遲回火溫度，可在較高溫度下回火。B屬微合金元素，與V、Ti和稀土復合使用時細化晶粒，凈化晶界效果更加明顯。同時提高材料淬透性。Si,Mn為常規元素，在高鉻鑄鐵中主要起脫氧除氣作用，同時強化基體。輕稀土(RE)和重稀土(Y)作為變質 劑復合加入，能夠進一步細化晶粒，變質夾雜，凈化晶界，特別是能夠使共晶碳化物變為條塊狀或團球狀，在獲得高硬度的同時提高沖擊韌性值。
Al是常規的脫氧元素。在碳含量一定的情況下，隨鉻含量增加，共晶碳化物類型將由M3C — M7C3 — M23C6轉變；M3C的顯微硬度(HV)800-1200，M7C3的顯微硬度(HV) 1300-1800，M23C6的顯微硬度(HV) 1140左右，顯然，M7C3的硬度是最好的，本發明通過控制鉻的含量及Cr/C的比例，避免M23C6及M3C的形成，使本發明的材料中形成大量M7C3型共晶碳化物，提高鑄鐵材料的硬度及耐磨性。本發明在鑄鐵中加入S1、Al、Mn等元素，在脫氧的同時強化了材料基體。本發明在鑄鐵內加入Mo、W、V、T1、Cu等貴金屬元素，通過貴金屬元素的復合使用，增強了奧氏體的穩定性，細化晶粒，提高了碳化物的高溫穩定性和紅硬性，使本發明的鑄鐵材料的硬度進一步提高，耐磨性也相應提高。本發明的合金鑄鐵材料在獲得高硬度的同時具有高沖擊韌性，平均硬度可達HRC63以上，沖擊韌性aK可達5J/cm2。
具體實施例方式實施例1本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，由以下質量分數的化學成分組成:C2.7%、Si0.4%、Mn0.9%、Cr21.5%、Mol.0%、Cul.1%、W0.6%、V0.2%、Ti0.07%、B0.001%、RE0.05%、Y0.05%、A10.07%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為 Fe。本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，包括以下步驟:I)按配方量向熔爐內依次加入廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、鎢鐵、廢黃銅、錳鐵、釩鐵、鈦鐵、硼鐵熔煉成鐵液，熔煉溫度1520°C ；2)按配方量向鐵液中加入粒度5mm的稀土硅一次變質處理，當測溫儀測溫為1520-1560°C時，傾出鐵液 ；3)按配方量在鐵液中加入粒度5mm的重稀土 Y 二次變質處理，鎮靜，當測溫儀測溫為1520-1560°C時澆注，澆注溫度1400°C。隨爐澆注標準溜槽襯板一套，并澆注附鑄Y型試塊一個。8h后開箱，切除鑄件冒口和澆口，清理飛邊、毛刺。將鑄件在升溫至700°C保溫2h，然后升溫到1000°C保溫6h后出爐霧冷至室溫；再將冷卻鑄件回火，回火溫度350°C，回火保溫時間6h，然后出爐空冷即得。實施例2本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，由以下質量分數的化學成分組成:C2.6%、Si0.65%、Mnl.0%、Cr22.5%、Mol.1%、Cul.0%、W0.8%、V0.1%、Ti0.09%B0.003%、RE0.07%、Y0.07%、A10.04%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為 Fe。本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，包括以下步驟:I)按配方量向熔爐內依次加入廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、鎢鐵、廢黃銅、錳鐵、釩鐵、鈦鐵、硼鐵熔煉成鐵液，熔煉溫度1540°C ；2)按配方量向鐵液中加入粒度8mm的稀土硅一次變質處理，當測溫儀測溫為1520-1560°C時，傾出鐵液；3)按配方量在鐵液中加入粒度3mm的重稀土 Y 二次變質處理，鎮靜，當測溫儀測溫為1520-1560°C時澆注，澆注溫度1380°C。隨爐澆注標準溜槽襯板一套，并澆注附鑄Y型試塊一個。7h后開箱，切除鑄件冒口和澆口，清理飛邊、毛刺。將鑄件在升溫至650°C保溫3h，然后升溫到1025°C保溫7h后出爐風冷至室溫；再將冷卻鑄件回火，回火溫度400°C，回火保溫時間5h，然后出爐空冷即得。實施例3本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，由以下質量分數的化學成分組成:C3.0%、Sil.0%、Mn0.75%、Cr23%、Mol.2%、Cu0.8%、W0.75%、V0.19%、Ti0.12%、B0.0028%、RE0.04%、Y0.04%、A10.08%、S ≤ 0.06%、P ≤ 0.06%,其余為 Fe。本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，包括以下步驟:I)按配方量向熔爐內依次加入廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、鎢鐵、廢黃銅、錳鐵、釩鐵、鈦鐵、硼鐵熔煉成鐵液，熔煉溫度1560°C ；2)按配方量向鐵液中加入粒度6mm的稀土硅一次變質處理，當測溫儀測溫為1520-1560°C時，傾出鐵液；3)按配方量在鐵液中加入粒度4mm的重稀土 Y 二次變質處理，鎮靜，當測溫儀測溫為1520-1560°C時澆注，澆注溫度1400°C。隨爐澆注標準溜槽襯板一套，并澆注附鑄Y型試塊一個。6h后開箱，切除鑄件冒口和澆口，清理飛邊、毛刺。將鑄件在升溫至750°C保溫lh，然后升溫到1050°C保溫5h后出爐空冷至室溫；再將冷卻鑄件回火，回火溫度250°C，回火保溫時間7h，然后出爐空冷即得。實施例4本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，由以下質量分數的化學成分組成:C2.8%、Si0.9%、Mn0.6%、Cr21%、Mo0.9%、Cul.2%、W0.9%、V0.11%、Ti0.06%、B0.0015%、RE0.08%、Y0.06%、A10.055%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為 Fe。本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，包括以下步驟:I)按配方量向熔爐內依次加入廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、鎢鐵、廢黃銅、錳鐵、釩鐵、鈦鐵、硼鐵熔煉成鐵液，熔煉溫度1530°C ；2)按配方量向鐵液中加入粒度7mm的稀土硅一次變質處理，當測溫儀測溫為1520-1560°C時，傾出鐵液；3)按配方量在鐵液中加入粒度5mm的重稀土 Y 二次變質處理，鎮靜，當測溫儀測溫為1520-1560°C時澆注，澆注溫度1380°C。隨爐澆注標準溜槽襯板一套，并澆注附鑄Y型試塊一個。8h后開箱，切除鑄件冒口和澆口，清理飛邊、毛刺。將鑄件在升溫至700°C保溫lh，然后升溫到1010°C保溫6h后出爐霧冷至室溫；再將冷卻鑄件回火，回火溫度350°C，回火保溫時間6h，然后出爐空冷即得。實施例5本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，由以下質量分數的化學成分組成:C2.9%、Si0.3%、Mn0.5%、Cr22%、Mo0.8%、Cu0.9%、W0.7%、V0.15%、Ti0.11%、B0.0025%、RE0.055%、Y0.08%、A10.05%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為 Fe。本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，包括以下步驟:I)按配方量向熔爐內依次加入廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、鎢鐵、廢黃銅、錳鐵、釩鐵、鈦鐵、硼鐵熔煉成鐵液，熔煉溫度1550°C ；2)按配方量向鐵液中加入粒度7mm的稀土硅一次變質處理，當測溫儀測溫為1520-1560°C時，傾出鐵液；
3)按配方量在鐵液中加入粒度5mm的重稀土 Y 二次變質處理，鎮靜，當測溫儀測溫為1520-1560°C時澆注，澆注溫度1400°C。隨爐澆注標準溜槽襯板一套，并澆注附鑄Y型試塊一個。8h后開箱，切除鑄件冒口和澆口，清理飛邊、毛刺。將鑄件在升溫至750°C保溫2h，然后升溫到1020°C保溫5h后出爐空冷至室溫；再將冷卻鑄件回火，回火溫度450°C，回火保溫時間5h，然后出爐空冷即得。實施例6本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，由以下質量分數的化學成分組成:C2.85%、Si0.56%、Mn0.66%、Cr22.01%、Mol.07%、Cu0.94%、W0.83%、V0.15%、Ti0.065%、B0.002%、RE0.06%、Y0.06%、A10.06%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為 Fe。本實施例的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，包括以下步驟:I)按配方量向熔爐內依次加入廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、鎢鐵、廢黃銅、錳鐵、釩鐵、鈦鐵、硼鐵熔煉成鐵液，熔煉溫度1520°C ；2)按配方量向鐵液中加入粒度8mm的稀土硅一次變質處理，當測溫儀測溫為1520-1560°C時，傾出鐵液；3)按配方量在鐵液中加入粒度3mm的重稀土 Y 二次變質處理，鎮靜，當測溫儀測溫為1520-1560°C時澆注，澆注溫度1390°C。隨爐澆注標準溜槽襯板一套，并澆注附鑄Y型試塊一個。8h后開箱，切除鑄件冒口和澆口，清理飛邊、毛刺。將鑄件在升溫至650°C保溫2h，然后升溫到1050°C保溫6h后出爐風冷至室溫；再將冷卻鑄件回火，回火溫度300°C，回火保溫時間7h，然后出爐空冷即得。對比例 本對比例的高硬度耐磨合金鑄鐵材料，由以下質量分數的化學成分組成:C2.85%、Si0.5%、Mn0.66%、Cr22.01%、Mol.07%、Cu0.94%、W0.83%、V0.15%、Ti0.065%、RE0.06%、Nil.0%、Α10.05%、S 彡 0.05%、P 彡 0.05%，其余為 Fe。本對比例的高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，包括以下步驟:I)按配方量向熔爐內依次加入廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、鎢鐵、鎳鐵、廢黃銅、錳鐵、釩鐵、鈦鐵熔煉成鐵液，熔煉溫度1520°C ；2)按配方量在鐵液中加入輕稀土 RE變質處理，鎮靜，當測溫儀測溫為1520-1560°C時澆注，澆注溫度1390°C。隨爐澆注標準溜槽襯板一套，并澆注附鑄Y型試塊一個。8h后開箱，切除鑄件冒口和澆口，清理飛邊、毛刺。將鑄件在升溫至700°C保溫2h，然后升溫到1050°C保溫6h后出爐空冷至室溫；再將冷卻鑄件回火，回火溫度400°C，回火保溫時間6h，然后出爐空冷即得。
實驗例I，對實施例1-6的合金鑄鐵材料進行顯微結構觀察:金相組織觀察分析采用XSP-4XC型三目金相顯微鏡。合金鑄鐵材料試樣經粗磨、細磨、拋光、清洗后，用4%硝酸酒精溶液浸潤后，清洗后吹干，用500X鏡觀察分析。金相組織觀察分析表明:金相組織為:馬氏體+共晶碳化物(M7C3)+二次碳化物+少量殘余奧氏體。碳化物呈斷網狀和孤立狀。實驗例2，硬度和沖擊試驗:硬度試驗:用洛氏硬度計在鑄件本體上或附鑄試塊上檢測硬度HRC，結果見表I。沖擊試驗:在附鑄試塊上用線切割機切取IOmmX IOmmX 55mm無缺口試樣3個,在JB-300B半自動沖擊試驗機上分別測試沖擊韌性aK，結果見表I。表I實施例1-6產品硬度和沖擊試驗結果
權利要求
1.一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，其特征在于，由以下質量分數的化學成分組成:C2.6-3.0%、Si0.3-1.0%、Mn0.5-1.0%、Cr21_23%、Mo0.8-1.2%、Cu0.8-1.2%、W0.6-0.9%、V0.1-0.2%、Ti0.06-0.12%、B0.001-0.003%、RE0.04-0.08%、Y0.04-0.08%、A10.04-0.08%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為 Fe。
2.根據權利要求1所述的一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，其特征在于，由以下質量分數的化學成分組成:C2.7-2.9%、Si0.4-0.9%、Mn0.6-0.9%、Cr21.5-22.5%、Mo0.9-1.1%、Cu0.9-1.1%、W0.7-0.8%、V0.11-0.19%、Ti0.07-0.11%、B0.0015-0.0028%、RE0.05-0.07%、Y0.05-0.07%、A10.05-0.07%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為 Fe。
3.根據權利要求1所述的一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料，其特征在于，由以下質量分數的化學成分組成:C2.85%、Si0.56%、Mn0.66%、Cr22.01%、Mol.07%、Cu0.94%、W0.83%、V0.15%、Ti0.065%、B0.002%、RE0.06%、Y0.06%、A10.06%、S 彡 0.06%、P 彡 0.06%,其余為Fe。
4.一種如權利要求1所述的溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，包括以下步驟: O按配方量加入除稀土元素外的金屬爐料，并熔煉成鐵液； 2)在鐵液中按配方量加入稀土元素變質處理后澆注制得鑄件； 3)將鑄件升溫至650-750°C保溫l_3h，然后升溫到1000-1050°C保溫5_7h后出爐冷卻至室溫； 4)將冷卻鑄件回火，回火溫度250-450°C，回火保溫時間5-7h，然后出爐空冷即得。
5.根據權利要求4所述的一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，所述金屬爐料為廢鋼、鉻鐵、鑰鐵、鎢鐵、廢黃銅、錳鐵、釩鐵、鈦鐵、硼鐵。
6.根據權利要求4所述的一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，所述稀土元素為輕稀土 RE和重稀土 Y。
7.根據權利要求6所述的一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，所述輕稀土 RE為稀土娃；所述稀土娃為粒度5-8_的稀土娃。
8.根據權利要求6所述的一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，所述重稀土 Y為粒度3-5mm的重稀土 Y。
9.根據權利要求4所述的一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料的制備方法，其特征在于，步驟3)中冷卻方式可以為霧冷、風冷或空冷。
全文摘要
本發明公開了一種溜槽襯板用高硬度耐磨合金鑄鐵材料及其制備方法，由以下質量分數的化學成分組成C2.6-3.0%、Si0.3-1.0%、Mn0.5-1.0%、Cr21-23%、Mo0.8-1.2%、Cu0.8-1.2%、W0.6-0.9%、V0.1-0.2%、Ti0.06-0.12%、B0.001-0.003%、RE0.04-0.08%、Y0.04-0.08%、Al0.04-0.08%、S≤0.06%、P≤0.06%，其余為Fe。本發明的合金鑄鐵材料通過控制材料中鉻元素含量、Cr/C比例，提高了合金鑄鐵材料的硬度。本發明在鑄鐵內加入Mo、W、V、Ti、Cu等貴金屬元素，通過貴金屬元素的復合使用，增強了奧氏體的穩定性，細化晶粒，提高了碳化物的高溫穩定性和紅硬性，使本發明的鑄鐵材料的硬度進一步提高，耐磨性也相應提高。本發明的合金鑄鐵材料平均硬度可達HRC63以上，沖擊韌性aK可達5J/cm2。
文檔編號C21D5/00GK103088249SQ20131002483
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月23日 優先權日2013年1月23日
發明者李固成, 禹彬, 王安民, 陳碩 申請人:駐馬店市永誠耐磨材料有限公司