CN109023032A

CN109023032A - 一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁及其制备方法

Info

Publication number: CN109023032A
Application number: CN201811229627.9A
Authority: CN
Inventors: 鲜红军; 刘从江
Original assignee: Chengdu Yongyi Pump Ltd By Share Ltd
Current assignee: Chengdu Yongyi Pump Ltd By Share Ltd
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2018-12-18

Abstract

一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁及其制备方法，由以下质量百分比的组份组成：3.1‑3.4％C、0.4‑0.8％Si、0.9‑1.2％Mn、27‑29％Cr、0.5‑0.7％Ni、0.4‑0.6％Mo、0.03‑0.05％RE、0.1‑0.3％V、0.05‑0.07％B、P≤0.1％、S≤0.1％，余量为Fe。本发明通过添加V、B和稀土作为变质剂，并严格控制各组份含量，改善高铬铸铁的硬度、强度、韧性、耐热性，从而达到综合调控磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损的目的，同时，结合热处理改善碳化物的形貌和分布，获得耐磨性优异的高铬铸铁，制备成渣浆泵过流部件后，使用寿命在6‑12个月。

Description

一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁及其制备方法

技术领域

本发明属于渣浆泵过流部件材料领域，具体涉及一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁及其制备方法。

背景技术

渣浆泵用于输送含有一定粒径、硬度和浓度的固体物料与水组成的固液混合物，如泥浆、矿浆、砂浆等，已在矿山、冶金、火力发电、煤炭、化工和环保等工况部门中广泛应用，其四大过流部件，如蜗壳、叶轮、前护板和后护板，在工作过程中不但承受物料的冲刷磨损，而且还承受物料的腐蚀作用，磨损严重是渣浆泵长期存在的大难题，渣浆泵的过流部件已成为冶金矿山行业常见的易损件。国内外渣浆泵所选用的材料主要有不锈钢、锰钢、高铬铸铁和镍硬铸铁，其中，高铬铸铁以比合金钢更高的耐磨性，比一般白口铸铁更高的韧性、强度，同时它还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，加之生产便捷、成本适中，而被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料之一，因此，高铬铸铁是目前渣浆泵过流部件的理想材料。

但是，渣浆泵的应用环境极其恶劣，需要承受高磨损、高冲击，现有高铬铸铁制备的过流部件的耐磨性仍无法满足要求，使用寿命短，目前市场上普遍使用的A05(KmTBCr26)抗磨白口铸铁的硬度低，耐磨性和耐腐蚀性差，使用寿命仅为4个月。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有渣浆泵过流部件因高铬铸铁耐磨性无法满足要求而导致其使用寿命短的问题，本发明提供一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁，由以下质量百分比的组份组成：3.1-3.4％C、0.4-0.8％Si、0.9-1.2％Mn、27-29％Cr、0.5-0.7％Ni、0.4-0.6％Mo、0.03-0.05％RE、0.1-0.3％V、0.05-0.07％B、P≤0.1％、S≤0.1％，余量为Fe。

一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁，由以下质量百分比的组份组成：3.28％C、0.74％Si、0.97％Mn、28.1％Cr、0.62％Ni、0.56％Mo、0.046％RE、0.14％V、0.065％B、0.042％P、0.018％S，余量为Fe。

进一步地，RE为Ce。

磨损包括磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、粘着磨损、和微动磨损等，其中，渣浆泵过流部件的磨损主要是磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。本发明添加的V元素可与C形成VC，VC是最硬最耐磨的金属碳化物，B的含量一般规定为0.001-0.005％，本发明的B含量为0.05-0.07％，其目的是使B与V形成硬度很大的VB2，增加抗磨硬质相的种类和数量，从而保证高铬铸铁具有较大的硬度，在磨粒硬度一定的情况下，材料硬度越大，磨粒磨损的程度越轻。VC的熔点为2810℃，VB2的熔点为2980℃，二者在凝固过程中可作为初生碳化物的晶核基底，形成异质晶核，且稀土元素在凝固过程中通过溶质元素再分配而富集在碳化物结晶前沿的液体中，提高碳化物的形核率，从而细化晶粒，提高高铬铸铁的强度，强度越高，对抗磨硬质相的支撑越好，越能充分发挥抗磨硬质相抵抗磨损的能力。B几乎可与所有金属生成相应的金属硼化物，本发明中的B可与Ni生成硼化镍,提高耐热性。稀土、V和B均对O有极大的亲和力，V可与P结合，稀土和B可与S结合，除去P、S和O，净化铁水，避免晶粒粗大，并且，夹杂减少，疲劳磨损的程度也会相应减轻。铬对高铬铸铁耐腐蚀性的影响很大，铬固溶在基体中，可提高基体的电位，减小基体与第二相的电位差，即减轻电化学腐蚀，电化学腐蚀是合金最主要的腐蚀方式，而基体中的铬含量与含碳量有关，含碳量越高，基体中的铬含量就越低，这是由于含碳量增加时，铬参与形成(Cr,Fe)7C3，本发明添加V的另一个作用是，通过V与C形成VC，减少用于形成(Cr,Fe)7C3的碳含量，保证在高含碳量的情况下，仍有大量的铬固溶于基体中，保证高铬铸铁具有较好的耐蚀性，大大减轻腐蚀磨损的程度。另外，V有延展性，还可提高高铬铸铁的塑性和韧性，而塑性和韧性高说明材料可吸收的能量大，材料不易形成疲劳剥落，即耐磨性好。

耐磨性是材料的耐磨损性能，几乎与材料所有性能都相关，其影响因素主要有硬度、耐热性、强度、塑性和韧性、夹杂物等缺陷，本发明通过添加V、B和稀土作为变质剂，并严格控制各组份含量，改善高铬铸铁的硬度、强度、韧性、耐热性，从而达到综合调控磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损的目的。

一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁的制备方法，包括以下步骤：

(1)根据组份含量以及废钢、高碳铬铁、低碳铬铁、电解镍、钒铁、硼铁、钼铁、硅铁、锰铁、稀土合金的成分，确定废钢、高碳铬铁、低碳铬铁、电解镍、钒铁、硼铁、钼铁、硅铁、锰铁、稀土合金的配比，并配制炉料；

(2)将废钢、高碳铬铁、低碳铬铁、电解镍、钼铁、硅铁、锰铁投入中频感应电炉熔炼，温度升至1500-1550℃，铁水溶清后依次加入钒铁、硼铁和稀土合金，并保温；

(3)出炉，铁水温度为1350-1400℃时，倒入茶壶包或底注式钢包中，扒渣，然后倒入树脂砂型中浇注成形，即得铸件毛坯；

(4)将铸件毛坯加热到1050℃，保温4-6h后进行油淬，然后于275℃回火2-4h，即得所述高铬铸铁。

进一步地，所述步骤(2)中，熔炼温度为1510℃。

进一步地，所述步骤(2)中，升温时间为1.5h，保温时间为0.5h。

进一步地，所述步骤(3)中，浇注温度为1390℃。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过添加V、B和稀土作为变质剂，并严格控制各组份含量，改善高铬铸铁的硬度、强度、韧性、耐热性，从而达到综合调控磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损的目的，同时，结合热处理改善碳化物的形貌和分布，获得耐磨性优异的高铬铸铁，硬度达65-69HRC，抗弯强度达900-100MPa，冲击韧度达9-11J.cm^-2，将其制备成渣浆泵过流部件后，其使用寿命在6-12个月。

附图说明

图1是本发明高铬铸铁铸态金相组织图；

图2是本发明高铬铸铁热处理状态金相组织图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1

一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁，由以下质量百分比的组份组成：3.28％C、0.74％Si、0.97％Mn、28.1％Cr、0.62％Ni、0.56％Mo、0.046％Ce、0.14％V、0.065％B、0.042％P、0.018％S，余量为Fe。

(1)根据组份含量以及废钢、高碳铬铁、低碳铬铁、电解镍、钒铁、硼铁、钼铁、硅铁、锰铁、铈铁的成分，确定废钢、高碳铬铁、低碳铬铁、电解镍、钒铁、硼铁、钼铁、硅铁、锰铁、铈铁的配比，并配制炉料；

(2)将废钢、高碳铬铁、低碳铬铁、电解镍、钼铁、硅铁、锰铁投入中频感应电炉熔炼，温度升至1510℃，升温时间为1.5h，铁水溶清后依次加入钒铁、硼铁和稀土合金，并保温0.5h；

(3)出炉，铁水温度为1390℃时，倒入茶壶包或底注式钢包中，扒渣，然后倒入树脂砂型中浇注成形，即得铸件毛坯；

(4)将铸件毛坯加热到1050℃，保温5h后进行油淬，然后于275℃回火3h，即得所述高铬铸铁。

实施例2

一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁，由以下质量百分比的组份组成：3.11％C、0.55％Si、1.18％Mn、28.8％Cr、0.51％Ni、0.45％Mo、0.032％Ce、0.2％V、0.06％B、0.053％P、0.022％S，余量为Fe。

(2)将废钢、高碳铬铁、低碳铬铁、电解镍、钼铁、硅铁、锰铁投入中频感应电炉熔炼，温度升至1545℃，升温时间为1.5h，铁水溶清后依次加入钒铁、硼铁和稀土合金，并保温0.5h；

(3)出炉，铁水温度为1375℃时，倒入茶壶包或底注式钢包中，扒渣，然后倒入树脂砂型中浇注成形，即得铸件毛坯；

(4)将铸件毛坯加热到1050℃，保温6h后进行油淬，然后于275℃回火4h，即得所述高铬铸铁。

实施例3

一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁，由以下质量百分比的组份组成：3.36％C、0.43％Si、1.08％Mn、27.4％Cr、0.68％Ni、0.51％Mo、0.039％Ce、0.29％V、0.054％B、0.032％P、0.016％S，余量为Fe。

(2)将废钢、高碳铬铁、低碳铬铁、电解镍、钼铁、硅铁、锰铁投入中频感应电炉熔炼，温度升至1530℃，升温时间为1.5h，铁水溶清后依次加入钒铁、硼铁和稀土合金，并保温0.5h；

(3)出炉，铁水温度为1355℃时，倒入茶壶包或底注式钢包中，扒渣，然后倒入树脂砂型中浇注成形，即得铸件毛坯；

(4)将铸件毛坯加热到1050℃，保温4h后进行油淬，然后于275℃回火2h，即得所述高铬铸铁。

实施例4

对实施例1制备的铸态高铬铸铁和热处理后的高铬铸铁(以下简称为A05V)进行金相观察，其金相组织如图1和图2所示，从图中可以看出，热处理后，碳化物得到有效细化，且均匀分布于基体表面，大量的碳化物对基体表面形成了有效覆盖，在用于渣浆泵过流部件时，可大大降低基体表面与工作介质的接触面积，降低基体腐蚀的可能，这是因为，与碳化物相比，基体的电位更低，在电化学腐蚀中作为阳极而优先腐蚀，也就是说，通过碳化物的分布可改善高铬铸铁的耐蚀性，从而减轻腐蚀磨损。A05V的金相组织为马氏体+残余奥氏体+碳化物。

对A05V进行机加工，制得渣浆泵过流部件成品，渗透探伤、水压试验等均检测合格，对渣浆泵过流部件进行力学性能测试，结果见表1，可以看出，A05V的硬度高于KmTBCr26的硬度，且冲击韧度与KmTBCr26相当(Cr26型高铬铸铁组织性能及其热处理工艺，铸造技术，2011.09)。对该渣浆泵过流部件进行耐磨性测试，耐磨性测试采用MLD-10型动载磨粒磨损实验机，并以Mn13高锰钢为标准试样，计算相对耐磨性，即标准试样磨损量与被测试样磨损量的比值，以KmTBCr26为对照，结果见表2，可以看出，AO5V的相对耐磨性明显优于KmTBCr26，AO5V的耐磨性得到较大提升，将该过流部件应用于渣浆泵投入使用，其使用寿命达8个月。

表1实施例1制备的热处理态高铬铸铁力学性能

表2耐磨性测试结果

试样材质	热处理工艺	磨损前重量/g	磨损后重量/g	失重/g	相对耐磨性
						A05V	1050℃淬火+275℃回火	3.786	3.712	0.074	2.486
KmTBCr26	1050℃淬火+440℃回火	3.237	3.136	0.101	1.822
						Mn13	水韧处理	3.579	3.395	0.184	1.0

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁，其特征在于，由以下质量百分比的组份组成：3.1-3.4％C、0.4-0.8％Si、0.9-1.2％Mn、27-29％Cr、0.5-0.7％Ni、0.4-0.6％Mo、0.03-0.05％RE、0.1-0.3％V、0.05-0.07％B、P≤0.1％、S≤0.1％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁，其特征在于，由以下质量百分比的组份组成：3.28％C、0.74％Si、0.97％Mn、28.1％Cr、0.62％Ni、0.56％Mo、0.046％RE、0.14％V、0.065％B、0.042％P、0.018％S，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁，其特征在于，所述RE为Ce。

4.一种权利要求1-3中任意一项所述用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，熔炼温度为1510℃。

6.根据权利要求4所述的一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，升温时间为1.5h，保温时间为0.5h。

7.根据权利要求4所述的一种用于渣浆泵过流部件的高铬铸铁的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，浇注温度为1390℃。