一种高耐磨过共晶高铬白口铸铁及其制备方法和应用与流程

本发明涉及铸铁材料领域，尤其涉及一种高耐磨过共晶高铬白口铸铁及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高铬铸铁作为耐磨耐蚀材料的生产和应用有很快的发展，由于高铬铸铁中含有大量的高硬度m7c3型碳化物，具有优良的耐磨性，同时固溶于基体中的铬元素可以提高材料的抗腐蚀能力，迄今为止已成为世界上工业应用最为广泛的一种耐磨耐蚀铸铁。

2、渣浆泵应用领域的工况环境非常复杂和恶劣，从而对其中的过流部件磨损严重，尤其是在选矿工段中，物料的硬度高，颗粒大，形状不均匀，作为输送矿石的主要设备，渣浆泵的过流部件不仅受到冲蚀磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损以及腐蚀磨损的作用，同时也受到介质中固体颗粒及介质等的腐蚀、磨损作用，极易导致渣浆泵失效，从而影响了整个选矿系统的正常运行，会造成巨大损失。

3、目前，国内外耐磨渣浆泵过流部件一般采用btmcr26和15crmo3等，但这类过流部件仅仅能承受一般磨损工况，而遇到重磨损工况，耐磨性仍然较差从而导致其使用寿命短，而这也成为困扰渣浆泵生产厂家和使用单位的难题，现有技术中，已有报道采用超高耐磨过共晶高铬铸铁材料作为过流部件，但由于碳含量高，碳化物所占比例大，因此韧性特别差，渣浆泵过流部件形状复杂，铸件特别容易开裂，所以要能够在满足高耐磨性的同时，提高材料本身的韧性，提高成品率，保证生产过程稳定。因此，研发一种操作简便且具有高耐磨性和高韧性的铸铁材料对渣浆泵的应用具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中，渣浆泵的过流部件在重磨损工况下，存在耐磨性不足从而影响渣浆泵的使用性能以及制备渣浆泵所用高铬铸铁存在韧性差的问题，本发明提供了一种高耐磨过共晶高铬白口铸铁及其制备方法和应用。

2、为达到上述发明目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种高耐磨过共晶高铬白口铸铁，所述高铬白口铸铁按质量百分含量计，其化学成分为：c：4.2％-4.9％，si：0.5％-1.0％，mn：1.5％-2.1％，cr:32％-35％，ni:1.0％-1.5％，mo：1.0％-2％，w：0.5％-1.2％，s≤0.1％，p≤0.1％、re≤0.01％、nb≤0.3％和余量的fe以及不可避免的杂质。

4、相比于现有技术，本发明提供了一种高耐磨过共晶高铬白口铸铁，利用特定的原料组分制备得到所述高耐磨过共晶高铬白口铸铁，其中，本发明所得高铬白口铸铁组分中存在w元素，w是强碳化物元素，其碳化物硬度可达hrc75左右，而且稳定性好，可在基体和碳化物中均匀分布。其中，w的碳化物以wc1-x、w6c2.54、cw3形式存在，可同时提高基体和碳化物的硬度。并且，w同时配合加入改善、细化铸件组织的mo、ni等元素，可进一步改善基体组织和碳化物形态，提升铸件的综合性能。

5、由于re元素在奥氏体中溶解度很小，大部分富集在奥氏体枝晶前沿的溶体中，可形成成分过冷区，有利于奥氏体的枝晶向多方向发展，并缩小了枝晶间距，这样奥氏体在生长过程中，其枝晶相互搭接形成架构，阻碍共晶碳化物的连接生成。同时，re原子易吸附于在新生碳化物的表面，使碳化物的择优长大速度受到阻碍，从而使碳化物难于连接成封闭的网状，达到提高高铬白口铸铁的韧性的目的，也进一步细化高铬白口铸铁的基体组织，促使共晶碳化物由长条状转化为团块状，以提高所得高铬白口铸铁的硬度。

6、而且，nb能够细化奥氏体和碳化物，显著减少夹杂物，提高冶金质量，从而提高所得高铬白口铸铁的抗磨损性能。铌是强碳化物形成元素，与碳的亲和力高于铁和铬，nb的碳化物可以作为结晶核心，改善碳化物的形态和分布，同时，铌在奥氏体晶粒的偏聚，阻碍了基体晶粒的生长，从而细化晶粒，使所得高铬白口铸铁的金相组织更为均匀，借此提高其耐磨性能和硬度，达到一个高耐磨高硬度的高铬铸铁的要求。

7、优选的，所述高铬白口铸铁的金相组织为共晶碳化物+马氏体+残余奥氏体+二次碳化物。

8、本发明第二方面提供了一种所述的高耐磨过共晶高铬白口铸铁的制备方法，包括如下步骤：

9、步骤一、按照所述设计配比称取各原料组分，按照废钢、铬铁、硅铁、锰铁、镍板、钼铁和钨铁的加料顺序，依次投料，进行熔炼，出炉温度控制在1525℃-1560℃，得熔炼铁水；

10、步骤二、将所述稀土复合变质剂置于预热后的浇包底部，在其上覆盖一层隔热材料，熔炼铁水经树脂砂造型，浇注，得铸件；

11、步骤三、将所述铸件进行热处理，出炉空冷，得所述高耐磨过共晶高铬白口铸铁。

12、优选的，所述高耐磨过共晶高铬白口铸铁包括如下质量百分含量的原料组分：废钢33％-35％，铬铁56％-58％，硅铁0.6％-0.7％，锰铁2.3％-2.6％，镍板1.2％-1.4％，钼铁2.4％-2.7％、钨铁0.7％-0.9％和稀土复合变质剂1.3％-1.5％。

13、进一步优选的，所述稀土复合变质剂包括质量比为0.3-0.4:1的稀土硅铁和铌铁合金。

14、进一步优选的，所述稀土硅铁中re的含量为23％-27％。

15、进一步优选的，所述re为ce、y或er中的任意一种或两种。

16、进一步优选的，所述铌铁中nb的含量为60％-70％。

17、优选的，步骤一中，所述熔炼的温度为1580℃-1600℃，熔炼的时间为1h-3h。

18、优选的，步骤二中，所述树脂砂造型中树脂的加入量为造型砂重量的1.0％-1.5％。

19、优选的，步骤二中，所述树脂砂造型中固化剂的加入量为所述树脂重量的35％-45％。

20、优选的，步骤二中，所述树脂砂造型中铁砂比为1:6.8-7.2。

21、进一步优选的，所述造型砂为擦洗砂。

22、进一步优选的，所述树脂为呋喃树脂。

23、进一步优选的，所述固化剂为磺酸固化剂。

24、优选的，步骤二中，所述树脂砂造型中砂箱与铸件之间的距离≥100mm。

25、优选的，步骤二中，所述隔热材料为珍珠岩。

26、优选的，步骤二中，所述隔热材料的覆盖厚度为10cm-15cm。

27、优选的，步骤二中，所述浇注温度为1400℃-1420℃，浇注时间≤20min。

28、优选的，步骤三中，所述热处理的温度为950℃-1020℃，热处理的保温时间为5h-7h。

29、进一步优选的，所述热处理采用缓慢升温的方式升至950℃-1020℃，所述升温速率≤40℃/h。

30、本发明第三方面提供了一种所述的高耐磨过共晶高铬白口铸铁或利用所述的高耐磨过共晶高铬白口铸铁的制备方法制得的高耐磨过共晶高铬白口铸铁在渣浆泵中的应用。

31、综上所述，本发明提供了一种高耐磨过共晶高铬白口铸铁，通过特定组分调控所得高铬白口铸铁金相组织的形成，使所得高铬白口铸铁的韧性更好，更适用于复杂恶劣的工况环境。本发明所得高铬白口铸铁具有优异的耐磨损性能和较高的硬度，最高可达68hrc，耐磨损性能与现有的高铬铸铁相比，可达到btmcr26的耐磨性2倍甚至更高。