[发明专利]一种过共晶高铬铸铁及其孕育变质处理方法

说明书

一种过共晶高铬铸铁及其孕育变质处理方法，属于耐磨铸铁材料技术领域。合金成分为C:4.00‑4.20％,Cr:35.0‑35.2％,Mn:0.51‑0.54％,Mo:1.07‑1.11％,Si:0.69‑0.72％,P:≤0.03％,S:≤0.03％,其余为铁。制备工艺：先制备铁水、脱氧，倒入浇包；在浇包内采用孕育变质的方法进行细化初生碳化物；浇注前在铁液上方撒上除渣剂，待铁液温度降至1440℃‑1460℃时进行浇注；铸件经清砂打磨后进行热处理，1000℃/保温1小时+500℃/保温3小时。使材料在拥有较高硬度和耐磨性能的同时具备一定的韧性。

技术领域

本发明涉及一种过共晶高铬铸铁及其孕育变质处理方法，该过共晶高铬铸铁适用于渣浆泵过流件如叶轮、护套、前护板和后护板等，属于耐磨铸铁材料技术领域。

背景技术

渣浆泵是用于固液两相流体输送的关键设备，其应用的范围极为广泛，如煤炭、采矿、水利等行业。在渣浆泵在工作时，其过流部件不仅要承受硬质颗粒的冲刷，还要承受浆体的腐蚀，如此恶劣的工况使得过流件使用寿命短，消耗大。据统计，我国的渣浆泵过流件的年消耗量在20万吨以上，其价值达到了35亿元以上。由此可见，开发使用寿命长的渣浆泵过流件新材质迫在眉睫。

高铬铸铁具有较好的耐磨、耐蚀性，是渣浆泵过流件的主导材料。目前渣浆泵过流件常用亚共晶高铬铸铁生产，如我国耐磨材料国家标准中的KMTBCr26 铸铁。但是，在磨损剧烈的工况下，亚共晶高铬铸铁寿命很短。如KMTBCr26高铬铸铁渣浆泵过流件，用在云锡集团华西选矿厂含硫化锡矿石浆料时的平均寿命只有120小时左右。渣浆泵过流件的严重磨损不仅增加了维护费用，还因为停机次数多，降低了渣浆泵效率。

过共晶高铬铸铁由于具有更高的含碳量，其耐磨性能远高于工业亚共晶高铬铸铁，是一种更具有应用前景的耐磨材料。人们通过合理地控制制造工艺过程，使过共晶高铬铸铁可用于渣浆泵过流件的生产制造，获得了更耐磨、使用寿命更长的产品。但随着过共晶高铬铸铁中含碳量的增加，其组织中初生碳化物也变得粗大，导致其韧性相对较差，在承受高冲击或大颗粒冲击的情况下，可能会发生开裂的现象，这一缺陷在一定程度上制约了过共晶高铬铸铁的应用。

近年来，为攻克这一难题，人们通常采用孕育和变质的手段改善铸铁的性能。孕育处理是加入可以形核的元素，提高形核率、细化晶粒和细化碳化物，从而细化组织的一种工艺；而变质处理则是加入改善组织中第二相生长的合金元素，促使碳化物孤立状和团球化，改善碳化物形态，同时还可改善夹杂物形态和分布，提高综合机械性能和减少铸造缺陷的一种工艺。

中国发明专利CN110453141A公开了一种用于渣浆泵高韧性高铬铸铁材料及其制备方法，该材料成分为：C 3.0％-3.4％,Cr 18％-24％,Ni1％-2％,W 0.8％-1.2％,其余为Fe。该方法使用包内冲入0.2％-0.5％高效稀土复合变质剂的方法进行孕育处理。孕育处理后可提高渣浆泵过流件的硬度及耐磨性，同时提高铸造性能，使其使用寿命为其它渣浆泵的2-3倍。该发明可有效改善过共晶高铬铸铁的综合性能，但是使用复合变质剂的孕育效果一般。中国发明专利 CN107475599A还公开了一种针对BTMCr26的复合变质处理技术。该专利使用的复合变质剂为稀土、硼和钒。该发明通过加入稀土，降低了铁液中有害的夹杂物，并且可细化晶粒；加入硼，显著的提高了材料的淬透性。加入钒，有利于形成马氏体，细化组织。通过复合变质处理，使得材料的洛氏硬度提高了5％，冲击韧性由7-10J/cm²提高至12-14J/cm²，约提高了53％。中国发明专利 CN107058856A还公开了一种液相变质剂和制备高铬铸铁的方法。该专利提出了一种液相变质剂，由以下质量配方的化学元素成分组成：Al:0.10-0.25％,Ti: 0.10-0.40％,V:0.2.-0.50％,B:0.03-0.10％,Zn:0.005-0.013％,Cu:0.08-0.40％,稀土元素:0.10-0.20％。此发明，可显著提高材料的韧性和硬度，在基本相同的制造成本下，可以增加铸件的使用寿命约30％，增加使用寿命的同时，增加杂质泵使用中的最佳功效的时间限制，节约电力，同时减少了用户在使用过程中检修次数，减轻维修工人的负荷。