专利名称：一种抗磨铸铁及其生产方法
技术领域：
本发明涉及合金铸铁，具体地说是用于球磨机的磨球、衬板，破碎机的鄂板、锤头等各种易磨耗、磨损构件的合金铸铁材料。
球磨机、破碎机广泛用于水泥、电力、矿山和化工行业的粉碎工序。为了提高效率和降低成本，人们长期以来对球磨机、破碎机的易损件采用何种材料问题，作了许多探讨工作。例如球磨机用量最大的磨球，通常大多采用锻钢球，其磨耗量高达每吨水泥1000克左右。除此之外应用较多的是中锰球墨铸铁、低合金白口铸铁和高铬铸铁三种材料。中锰球铁含锰7%左右，合金成本较高;而且由于含锰高，其金相组织中常常有相当数量的残余奥氏体，其硬度在HRC40左右，耐磨性不理想。白口铁金相组织中因为有硬度高的碳化物，其耐磨性较好。但普通白口铁和低合金白口铁组织中的碳化物呈连续网状分布，割裂了基体，致使性能很脆，所制磨球破碎率很高。而且这类材料往往加入了多种价格较高的合金元素，如铬钼铜白口铁要求成份为Cr2.0-3.0%，Mo2.0-3.0%，Cu2.0-3.0%其材料成本也很高。近几年来，国内外开始采用高铬铸铁，这种材料硬度高，耐磨性好(磨球磨耗量国际先进水平为50克/吨水泥，国内水平100克/吨水泥)，由于其组织中的碳化物呈块状孤立分布，因而冲击韧性比低合金白口铁有提高，但球的破碎率仍在3%以上(见《球铁》1987·2·P1-6《铸造》1988·4·P5-10)。其应用中更为主要的致命弱点是高铬铸铁中铬钼铜等的总含量高达18%，且必须用电炉熔炼和退火，生产成本很高，使得性能价格比较低，一般用户难于接受。
本发明的目的是提供一种韧性好，耐磨性高，而且价格便宜的抗磨铸铁材料。
球墨铸铁的强韧性好，而白口铁的硬度，耐磨性高。因而构想在铸铁的组织中既具有球铁的基本组织而有较高的韧性，又具备相当数量的碳化物提高硬度，用球铁组织的共晶团隔断共晶碳化物的连续生长，使之得到孤立分布的块状碳化物。联合应用硼、铬促进生成碳化物，对于基体采用成本低廉的燃煤反射炉水淬获得马氏体组织。马氏体基体加孤立分布的高硬度碳化物即是最理想的抗磨铸铁组织。
本发明的抗磨铸铁其化学组成(重量%)为C3.3-3.8，Si1.5-2.6，Mn0.7-1.2P≦1.0，S≦0.03，Re残0.02-0.05，Mg残0.03-0.07B0.05-0.15，Cr0.2-0.4，其余为Fe。
本发明的抗磨铸铁使用冲天炉熔炼，出铁温度为1380-1430℃。炉料采用低牌号生铁，废钢、废机铁、碳素铬铁、锰铁及烘干的硼砂，其用量按照抗磨铸铁化学组成的要求进行调配。
本发明的抗磨铸铁采用了比普通球铁稍高的锰含量和硼铬联合合金化，用稀土镁硅铁合金作为球化剂，采用0.2%的FeSi75做瞬时孕育。稍高的锰含量对于提高淬火处理时的淬透性有利，同时有利于形成MnS，减少了S对球化的不利影响。熔炼过程中锰铁可以在炉后加入。硼铬联合合金化可以稳定地控制组织中渗碳体的数量。熔炼时将硼砂和铬铁置于铁水包中冲化。
当所用熔炉出铁温度较低时硼亦可在炉后加入。用作球化剂的稀土镁硅铁合金，例如ReMg7-91.3-1.7%，置于带有隔墙的铁水包包底、出铁时冲化，为了降低反应速度和除硫以便提高球化效果，减少球化剂用量，采用干躁的生石灰(CaO)粉将稀土镁球化剂覆盖压实。瞬时孕育处理是采用0.2%的FeSi75在浇包内进行的。通过球化、孕育处理及其除硫氧等杂质，净化铁水的作用过程，尽管配料时所用的钢铁材料种类和配比常有变化，但浇注成的铸件成份均一性和性能稳定性都是好的。
浇成的铸件需进一步进行水淬热处理，具体工艺为820-840℃保温50-90分钟，迅速进入水温低于50℃的水池中，然后在200-250℃的温度下回火保温3小时水中加5-8%的氯化钠以提高淬火冷却速度。
经热处理后的铸件其金相组织为球状石墨+均匀分布的硼铬渗碳体+回火马氏体基体。
按本发明的工艺生产的抗磨铸铁硬度为HRC55-62，冲击韧性ak＝6-11J/cm2，达到了国内高铬铸铁的水平，用本材料制造的球磨机磨球，平均磨耗为105克/吨水泥。平均破碎率＜1.5%。
本发明的抗磨铸铁另外一个较明显的特点是在实际生产中采用固定C、Si、Mn、Cr成份，调整硼的加入量，使铸件组织中出现不同数量的碳化物，达到调整硬度和韧性的目的。对于直径2米以下的球磨机，磨球的韧性要求较低，碳化物量可取15-20%，B的加入量为0.12-0.15%，硬度可达HRC58-63，ak＝6-11J/cm2。对于直径大于4米的磨机，磨球韧性要求高，碳化物量可取5-10%，B含量为0.05-0.08%，磨球的冲击韧性ak可达19-26J/cm2，硬度仍可保持HRC46-51，具有较高的耐磨性。对于直径为2-4米的磨机，磨球碳化物含量以10-15%为宜，材料冲击韧性ak＝8-11J/cm2，HRC＝55-62，B加入量0.08-0.12%。本发明的抗磨铸铁能够采取水淬热处理工艺是由于材质本身的性能所决定的。通常的低合金白口铁和高铬铸铁，由于其韧性较低水淬必然会导致开裂，所以高铬铸铁均采用电炉加热、空冷;中锰球铁采用在金属模型中冷却，而低合金白口铁生产中常常不淬火，使材料的性能受到影响。高铬铸铁采用在空气中冷却，冷却速度不够快，组织中常有相当数量未转变的残留奥氏体，降低了磨球的硬度;而且空淬时每个球之间和一个球的各部位之间的周围散热环境均不相同，因冷却速度不同将造成硬度不一，磨球在使用过程中有逐渐失园的弊病。本发明的抗磨铸铁球采用水淬工艺。水的冷却速度比空气大得多，球进入水后四周均与水接触，使球面各处冷却速度一致、硬度均匀、使用过程中不存在失园问题。采用比普通球铁稍高的锰含量，保证了磨球能完全淬透，内外硬度差极小。淬火前材料升到淬火温度保温是为了使其组织完全奥氏体化，经过水淬激冷全部转变为马氏体获得最坚硬的马氏体组织。本发明的抗磨铸铁磨球采用水淬工艺和磨球材质性能能够适应水淬这两点对于提高磨球的性能是关键性的措施。
本发明的抗磨铸铁材料用于制造磨球机的磨球，衬板，破碎机的鄂板、锤头等各种易磨耗、磨损构件，其硬度和韧性达到了高铬铸铁的水平;而且在保持HRC50左右的高硬度情况下，可通过调整碳化物的含量使冲击韧性ak值控制在19-26J/cm2范围内，这一点是高铬铸铁无法做到的。另外本发明的抗磨铸铁合金含量低，可以使用低牌号生铁和废钢作原料，用冲天炉熔炼，热处理温度低以及球化剂用量低，不充分孕育等特点，使原材料成本和能耗均较低，其性能价格比是高铬铸铁的2.5倍以上。本发明的抗磨铸铁磨球其性能明显高于中锰球铁球，合金含量只有中锰球铁的七分之一，技术经济价值比之中锰球铁也明显占优势。
实施例1.抗磨铸铁材料的化学组成(重量%)C3.36，Si2.31，Mn1.03，B0.14，Cr0.35。
热处理工艺，820-840℃保温50-90分钟，水淬;220℃保温3小时。
材料硬度HRC61，冲击韧性 ak8.5J/cm2;
用这种材料制造的磨球用于φ1.83米磨机，磨耗为98.5克/吨水泥，破碎率＜1%。
实施例2，材料化学组成(重量%);
C3.54，Si1.75，Mn1.14，B0.09，Cr0.31。
热处理820-840℃保温50-90分钟，水淬，220℃保温3小时。材料硬度HRC58，冲击韧性ak9.4J/cm2。用这种材料制造的磨球，用于φ2.2米的磨机，磨耗为106克/吨水泥，破碎率＜1%。
实施例3，材料化学成份(重量%)C3.61Si2.14Mn0.99，B0.06，Cr0.29;
热处理820-840℃保温50-90分钟，水淬，240℃保温3小时，材料硬度HRC 47，冲击韧性ak23.1J/cm2，用该材料制造的球磨机衬板用于φ5米的磨机衬使用寿命是高锰钢衬板的1.7倍。
权利要求
1.一种金相组织中兼有球状石墨及硼铬渗碳体的马氏体基抗磨铸铁，其特征在于抗磨铸铁的化学组成(重量%)为C3.3-3.8，Si1.5-2.6，Mn0.7-1.2，P≤1.0S≤0.03，Re残0.02-0.05，Mg残0.03-0.07，B0.05-0.15，Cr0.2-0.4，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的抗磨铸铁，其特征在于生产中固定C，SiMn，Cr的含量，控制B含量的变化获得不同碳化物含量的抗磨铸铁材料，具体关系如下B含量(重量%) 碳化物含量(%) HRC ak(J/cm2)0.05-0.085-1046-5119-260.08-0.1210-1555-628-110.12-0.1515-2058-636-8
3.抗磨铸铁的生产方法，其特征在于(1)使用冲天炉熔炼，并进行B、Cr联合合金化和球化处理、瞬时孕育处理;(2)基本炉料为回炉铁、低牌号生铁和废钢，以及烘干的硼砂和铬铁，球化剂为稀土镁硅铁合金，孕育剂为FeSi75;(3)铸件进行水淬热处理
4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征是硼砂和铬铁置于铁水包中冲化，以保证B和Cr的含量。
5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征是球化剂置于带有隔墙的铁水包包底，用干燥的生石灰(CaO)粉覆盖，压实，降低反应速度并达到去硫效果。
6.根据权利要求3所述的生产方法其特征是热处理方法按下述程序进行，铸件在820-840℃保温50-90分钟迅速进入水温低于50℃的水池中，然后在200-250℃回火保温3小时。
7.根据权利要求1、3所述的抗磨铸铁，其特征是用于制造球磨机、破碎机的易磨耗、磨损构件。
全文摘要
本发明提供了一种抗磨铸铁及其生产方法，材料的化学组成(重量％)为C3.3-3.8，Si1.5-2.6，Mn0.7-1.2，P≤1.0，S≤0.03，Re残0.02-0.05，Mg残0.03-0.07，B0.05-0.15，Cr0.2-0.4，经过水淬热处工艺，其金相组织为球状石墨+均匀分布的块状硼铬渗碳体+回火马氏体基体。用于球磨机、破碎机的易磨耗、磨损件，性能达到了高铬铸铁的水平。
文档编号C22C37/06GK1045424SQ89105279
公开日1990年9月19日 申请日期1989年4月28日 优先权日1989年4月28日
发明者李国安 申请人:山东省新材料研究所