[发明专利]一种抗磨铸铁材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗磨铸铁材料。

背景技术

我国铬系抗磨铸铁材料经历了由低铬铸铁到高铬铸铁发展的历史阶段，尤其是在20世纪70年代后期，高铬铸铁材料得到了空前的发展，应用领域不断拓宽，如用高铬铸铁材料生产制备的冶金轧辊、杂质泵过流部件、衬板、锤头、钢球等。高铬铸铁材料由于合金元素含量高，共晶碳化物（M7C3）呈断续网状分布，硬度（HRC）和冲击韧性（ak）值高，特别是在制备水泥工业球磨机耐磨衬板时，表现了优异的耐磨性，使用寿命是普通高锰钢衬板的4-8倍，是中合金钢衬板的3-6倍，深受市场青睐。

但是，由于单一铬（Cr）合金化铸铁的淬透性和韧性不足，导致铸件心部抗磨能力差或发生早期裂断。为提高淬透性和淬硬性，传统的解决方法是必须添加钼（Mo）、镍（Ni）、铜（Cu）、钨（W）等贵重合金元素来加以改善，如著名的美国cIimax公司的Cr15- Mo2- Cu1和Cr20- Mo2- Cu1等牌号高铬抗磨铸铁，我国GB/T8263---2010《抗磨白口铸铁件》中的BTMCr15Mo2Cu和GB/T24597---2009《铬锰钨系抗磨铸铁件》中的BTMCr12Mn3W2 及BTMCr18Mn3W2等，均未能从根本上摆脱材料对钼等贵重金属的使用。同时，大量使用这些贵重金属会导致抗磨铸铁材料的制造成本增加，而且这些元素都是国家稀缺性的战略资源，势必制约抗磨铸铁材料的发展。

有文献报道，“以锰代钼”制造高铬铸铁杂质泵过流部件，如《机械工程师》杂志1990年1期“高碳高铬锰抗磨铸铁的研制与应用”和《热加工工艺》杂志1999年6期“新型高铬锰耐磨铸铁叶轮的研制”以及《有色设备》杂志2006年1期“高铬锰耐磨铸铁在渣浆泵过流件上的开发应用”等，但是，这种采用“以锰代钼”的铸铁材料中锰（Mn ）元素含量过高，易形成晶粒粗大组织，还会导致材料残余奥氏体的增加，最终影响材料耐磨性的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的不含有钼、镍、钨的铸铁材料，同时提高铸铁材料的耐磨性、抗冲蚀性、淬硬性和淬透性。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种抗磨铸铁材料，是由以下重量百分比的组分制成：C 2.0-3.2%，Si 0.6-1.2%，Mn 2.0-3.5%，Cr 12-22%，Cu0-0.6%，V 0.06-0.3%，Ti 0.02-0.15%，B0.001-0.003%，Al 0.02-0.06%，RE 0.02-0.15%，S≤0.06%，P≤0.1%，余量为铁和不可避免的杂质。

所述Cr和C的质量比Cr/C≥5。

所述的RE为Y。

本发明的抗磨铸铁材料的制备方法如下：采用750kg中频电炉熔炼，潮型石英砂造型加冒口补缩的铸造工艺，按照上述化学成分配料工艺单要求配制熔炼铁液，炉前进行成分分析，调整C、Cr平衡，并予脱氧、终脱氧，用测温仪测温合格后，倾出铁液浇注，浇注温度1360-1420℃。随炉浇注φ4.2×13m水泥球磨机阶梯沟槽衬板一批，并随炉同箱浇注附铸试块90×90×90mm一个，采用850--950℃空冷，250--450℃回火的热处理工艺制度。本发明的抗磨铸铁材料可以用于生产衬板、锤头或钢球。

本发明的抗磨铸铁材料中，采用合适的锰（Mn）及微量的硼（B）合金替代钼、钨、镍等贵金属元素，极大的降低了铸铁材料的生产成本，同时采用合适的锰（Mn）及微量的硼（B）合金提高铸铁材料的淬透性和淬硬性。

添加的RE为稀土变质剂，对铸铁材料进行变质处理，RE的加入量较少，可以采用常规的轻稀土或/和重稀土。作为优化的选择，采用Y基重稀土予以变质处理，Y基重稀土的变质效果略优于Ce基轻稀土：这是因为Y具有较强的净化晶界、减少晶界有害元素和夹杂的偏聚，改善夹杂物的形态、大小和分布，相应减少了应力集中，减少了裂纹源，提高了晶界的结合强度，达到晶界强化的作用，从而提高材料的强度、韧性，减少剥落磨损。其次是明显细化晶粒，消除铸态下粗大的柱状晶和树枝晶组织，达到晶界强化的作用，从而提高材料的强度、韧性。三是可改善碳化物的形态和分布，细化碳化物，将由原来的网状、骨骼状趋于岛状、块状、菊花状或粒状分布，并且分布均匀化，减少了碳化物对基体的割裂作用等。以下通过对比可以看出，Y基稀土可以提高铸铁材料各项性能。如以下附表所示：