[发明专利]耐磨铸铁

说明书

本申请是申请日为2004年5月21日、申请号为200480014162.5、发明名称为“耐磨铸铁”的专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及用于高腐蚀和高磨损应用中的白口铸铁合金以及生产白口铸铁合金铸件的方法。

背景技术

大多数经受磨损的采矿和加工设备的部件(例如料浆泵、旋风分离器和轧碎机)由耐磨白口铸铁合金制成。

这些白口铸铁合金的铸件具有高耐磨性，为经受腐蚀和磨损的加工设备提供良好的使用寿命。

澳大利亚标准2027特别描述了以下两个系列的耐磨白口铸铁合金：

(a)高铬白口铸铁合金，例如27％Cr；和

(b)铬-钼白口铸铁合金。例如20Cr-2Mo和15Cr-3Mo。

所有这些白口铸铁合金的微结构由两相构成，即：

(a)M₇C₃碳化物(其中M＝Fe、Cr、Mn、Mo)，具有1200-1500HV的硬度；和

(b)由一种或更多种下列结构构成的铁基体：(i)在室温下为亚稳态的奥氏体饱和溶液，(ii)含有二次碳化物沉淀并且在室温下不稳定的溶质耗尽奥氏体，(iii)部分转化成马氏体的不稳定残留奥氏体和(iv)完全转化成马氏体的不稳定残留奥氏体。

由于在铁基体中存在(a)极硬的M₇C₃碳化物和(b)硬的马氏体结构，因此这些白口铸铁合金耐磨损。

为了保证在使用中足够的耐磨性，重要的是在热处理后的冷却过程中，避免在这些合金的铁基体中形成珠光体。

在实践中通常使白口铸铁合金经历中间的退火工序，故意形成珠光体从而软化合金以便于机械加工。但是，在使用之前，使经机械加工的白口铸铁合金经受最后的热处理工序，以使合金硬化。

在热处理之后的空气冷却期间，可以方便地通过在铁基体中形成马氏体，使AS2027、27％Cr品位(高铬)白口铸铁合金的铁基体硬化。合金中铬的作用之一是在从高温冷却期间抑制珠光体的形成。

但是，铬含量更低如20Cr-2Mo和15Cr-3Mo的白口铸铁合金需要加入钼和/或镍来抑制在热处理后的冷却时形成珠光体，特别是在大型铸件中，即超过10cm厚的铸件。然而，钼和镍均是贵重合金元素，因而大大增加了白口铸铁合金的材料成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种更低成本的白口铸铁合金，以作为上述现有白口铸铁合金的替代品。

本发明基于以下认识，即可以通过用锰替代现有白口铸铁合金中的钼、镍和铬中的至少一些，而以明显更低的成本生产可以制作铸件的白口铸铁合金，该铸件的耐磨性至少与现有白口铸铁合金相当。

根据本发明提供一种白口铸铁合金铸件。该铸件包含下列合金组成，以重量％计：

铬：12-25％；

碳：1.5-6％；

锰：2-7％；

硅：至多1.5％；

钼：至多2％；

镍：至多4％；

微合金元素，选自钛、锆、铌、硼、钒和钨：一种或更多种所述元素中的每一种至多2％；和

铁：余量。

根据本发明还提供一种白口铸铁合金铸件，该铸件包含：

(a)下列合金组成，以wt％计：

铬：12-25％；

碳：1.5-6％；

锰：2-7％；

硅：至多1.5％；

钼：至多2％；

镍：至多4％；

微合金元素，选自钛、锆、铌、硼、钒和钨：一种或更多种所述元素中的每一种至多2％；和

铁：余量；以及

(b)包含分散在铁基体中的15-60体积％的共晶碳化物和一次碳化物的微结构，所述铁基体包含马氏体并且至少基本不含珠光体。

术语“至少基本不含珠光体”表示本发明的目的是在基体中没有珠光体，但同时承认实际上在任何给定条件下可能存在少量珠光体。

因此，术语“基本不含珠光体”在此应该理解为铸件含有不超过2体积％的珠光体。

优选白口铸铁合金包含15-23wt％的铬。

如上所示，铬抑制珠光体的形成，因此当白口铸铁中铬浓度在所述12-25wt％范围内减少时，必须增加锰(或其它添加剂)的浓度以抵消在较低铬浓度下形成珠光体的较高的容易性。使用低浓度铬的一个优点是较低的铬浓度增加了奥氏体的不稳定性。这可导致在白口铸铁中所需硬马氏体相含量的增加。

优选白口铸铁合金包含2.5-6wt％的锰。