專利名稱：改善鎳硬化型無限冷硬鑄鐵中碳化物形態(tài)的合金及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎳硬化型無限冷硬鑄鐵由于生產(chǎn)成本低、耐磨性好，在現(xiàn)代礦山、冶金機 械中仍大量的應(yīng)用，如連軋的精軋機架和中厚板板軋機所用的軋輥還主要采用它，目前沒 有其它材料所替代。但無限冷硬鑄鐵中碳化物主要是共晶形成的網(wǎng)狀鐵(鉻)碳化物，使 耐磨性仍顯不足。為提高鎳硬化型無限冷硬鑄鐵的性能，國內(nèi)外相繼開發(fā)了改進型無限冷 硬鑄鐵軋輥。國外專利EP871784A、W09639544A和W09639544A1公開了一種含鈮的無限冷 硬鑄鐵，其特征是在 2. 5-4. 0 % C、0. 7-1. 2% Si、0. 7-1. 0% Mn、l. 5-2. 0 % Cr、4. 2-4. 6 % Ni、0. 3-0. 5 % Mo鑄鐵的基礎(chǔ)上加入0. 3-6% Nb。中國專利Cm068149公開了釩鈦無限 冷硬鑄鐵，其特征是成分中不含Ni、Cr, Mo, Cu等合金元素，成本低，但淬硬層淺，耐磨性不 如鎳硬化性鑄鐵好。專利CN1598030公開的改進型鎳鉻鉬無限冷硬主要及復(fù)合軋輥，其 特征是在 2. 9-3. 7 % C、0. 6-1. 0% Si、0. 4-1. 2% Mn、l. 00-1. 2. 00% Cr、3. 01-5. 00% Ni、
0.2-0. 6% Mo的基礎(chǔ)上，加入0. 03-0. B和0. 2-1. 5% Nb，使軋輥的耐磨性顯著提高，但 硼增加了基體的脆性。中國專利CN10049447C公開了一種離心復(fù)合改進型無限冷硬軋輥 及其制備方法，其特征是軋輥外層鑄鐵的成分為3. 2-3. 8% CU. 0-1. 8% Si, < 0.8% Mn,
1.2-1. 8% Cr、3. 8-4. 5% Ni、0. 2-0. 4% Mo、0. 2-0. 5% Cu 成分基礎(chǔ)上添加 0. 10-0. 50% Nb、 0. 05-0. 20% V、0. 05-0. 20Ti、0. 04-0. 07% Mg、0. 02-0. 05Y、0. 01-0. 03Sb。該發(fā)明僅是通過 鈮、釩、鈦細化組織，沒有改善碳化物形態(tài)和分布，因此只能在一定程度上減小碳化物的尺 寸，使鑄鐵的耐磨性得到一定程度改善。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能顯著提高耐磨性的改善鎳硬化型無限冷硬 鑄鐵中碳化物形態(tài)的合金及制法。本發(fā)明的產(chǎn)品是一種在鎳硬化型鑄鐵成分的基礎(chǔ)上添加 適量的釩形成的含高釩的鑄鐵合金，它是采用高釩合金化的方式，即利用高釩鑄鐵在凝固 過程形成的VC+ y共晶區(qū)，形成細小的粒狀碳化物，以及VC對共晶碳化物形核的核心作用 減弱或消除共晶網(wǎng)狀碳化物，獲得均勻分布的以粒狀碳化物為主的組織。本發(fā)明高釩鑄鐵合金成分為(質(zhì)量百分數(shù)，％) :3. 0-3.4 % C、0. 7-1.0% Si、 0. 6-1. 0% Mn、l. 40-1. 85% Cr、4. 2-4. 6% Ni、0. 2-0. 5% Mo,3-6% V,0. 001 0. 04% Zr、 其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。本發(fā)明高釩鑄鐵合金可用電爐生產(chǎn)，其制造工藝步驟如下(1)將生鐵、廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、鎳鐵等原料按鑄鐵基礎(chǔ)成分配比加到電爐中。 加熱熔化，熔煉溫度為1500-1540°C，熔煉時間20-30分鐘。(2)爐前調(diào)整成分，調(diào)到上述的成分范圍內(nèi)，合格后，將溫度升高到熔煉溫度 1520士20°C，熔煉15-20分鐘，在熔煉后期，加入脫氧劑鋁，扒渣后將釩鐵加入爐內(nèi)，熔煉 4-8分鐘。(3)在澆包內(nèi)埋入原料質(zhì)量比為0. 15-0. 23 %硅鐵、0. 08-0. 12 %錳鐵和 0. 12-0. 17%硅鋯合金組成的混合孕育劑。上述原料質(zhì)量為生鐵、廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、鎳 鐵和脫氧劑、釩鐵質(zhì)量的總和。待熔煉爐中鐵水降低到1430-1460°C時，將鐵水導(dǎo)入澆包內(nèi) 進行孕育處理。
(4)澆注溫度為 1340_1380°C。(5)澆注冷卻后的鑄件在460-520°C兩次退火，減少殘余奧氏體含量和應(yīng)力。本發(fā)明的關(guān)鍵是釩含量的確定，通過相圖計算發(fā)現(xiàn)，在普通鎳硬化型鑄鐵中添加 釩時，隨釩含量的增加，在相圖中出現(xiàn)一個L — y +VC相區(qū)，隨釩含量的增加，該相區(qū)擴大， 在凝固過程中，共晶VC呈球狀，而且VC還可以成為共晶M3C型碳化物形核的核心，細化共 晶碳化物。但釩含量超過5. 5%以上時，將出現(xiàn)先共晶的VC，當釩含量超過6%以上時，先共 晶VC顆粒開始粗化，從而可能影響鑄鐵的耐磨性能，因此控制V最高含量不應(yīng)大于6%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1、鑄鐵的組織細小，碳化物主要以細小粒 狀均勻分布，消除網(wǎng)狀碳化物，顯著提高鑄鐵的耐磨性，與普通鎳硬化型鑄鐵相比，耐磨性 可以提高45%以上。2、該鑄鐵利用電爐冶煉，澆注成形后，不需要高溫熱處理，生產(chǎn)工藝簡


圖1是本發(fā)明實施例1制得的高釩鑄鐵合金的碳化物形貌(4%硝酸酒精溶液腐 蝕)金相圖。圖2是本發(fā)明實施例2制得的高釩鑄鐵合金的碳化物形貌(4%硝酸酒精溶液腐 蝕)金相圖。具體實施方法實施例1 本實施例制備的3% V鑄鐵用25kg容量的中頻感應(yīng)電爐制備，其制備工藝步驟如 下將生鐵、廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、鎳鐵加入25kg容量的中頻感應(yīng)電爐爐內(nèi)加熱，熔煉溫 度為1538°C，熔煉時間30分鐘。爐前調(diào)整成分合格后，將溫度升高到熔煉溫度1509°C，熔 煉20分鐘，加入脫氧劑鋁，扒渣后按最終含釩量為3 %加入釩鐵，繼續(xù)熔煉8分鐘后，停止 加熱。在澆包內(nèi)埋入與原料質(zhì)量比為0. 18%硅鐵、0. 11%錳鐵和0. 15%硅鋯合金的混合孕 育劑。當鐵水溫度降低到1435°C時，將爐內(nèi)鐵水倒入澆包內(nèi)。采用砂型澆注，澆注溫度為 1378°C，澆注后緩冷。澆注后試件在480士 10°C進行兩次退火，每次退火時間為4小時。所制 備的鑄鐵成分為3. 37% C、0. 93% Si、0. 86% Mn、l. 65% Cr、4. 47% Ni、0. 48% Mo,3. 10% V,0. 006% Zr、< 0. 03% S、< 0. 04% P、其余為 Fe。按上述工藝過程制備含3% V鑄鐵件的碳化物形貌如圖1所示。鑄鐵的干滑動摩 擦磨損性能比鎳硬化型鑄鐵提高46%。實施例2:本實施例制備的5% V鑄鐵用25kg容量的中頻感應(yīng)電爐制備，其制備工藝步驟如 下將生鐵、廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、鎳鐵加入25kg容量的中頻感應(yīng)電爐爐內(nèi)加熱，熔煉溫 度為1506°C，熔煉時間20分鐘。爐前調(diào)整成分合格后，將溫度升高到熔煉溫度1537°C，熔 煉15分鐘，加入脫氧劑鋁，扒渣后按最終含釩量為3%加入釩鐵，繼續(xù)熔煉4鐘后，停止加 熱。在澆包內(nèi)埋入與原料質(zhì)量比為0. 22%硅鐵、0. 09%錳鐵和0. 13%硅鋯合金的混合孕 育劑。當鐵水溫度降低到1452°C時，將爐內(nèi)鐵水倒入澆包內(nèi)。采用砂型澆注，澆注溫度為 1346°C，澆注后緩冷。澆注后試件在510士 10°C進行兩次退火，每次退火時間為4小時。所 制備的鑄鐵成分為 3. 12% C、0. 99% Si、0. 83%MnU. 56% Cr、4. 33% Ni、0. 31% Mo、5. 14%V,0. 007% Zr、< 0. 03% S、< 0. 05% P、其余為 Fe。 按上述工藝過程制備含5% V鑄鐵件的碳化物形貌如圖2所示。鑄鐵的干滑動摩 擦磨損性能比鎳硬化型鑄鐵提高53%。
權(quán)利要求
一種改善鎳硬化型無限冷硬鑄鐵中碳化物形態(tài)的合金，其特征在于該含釩的鑄鐵合金各組分的質(zhì)量百分數(shù)如下3.0-3.4％C、0.7-1.0％Si、0.6-1.0％Mn、1.40-1.85％Cr、4.2-4.6％Ni、0.2-0.5％Mo、3-6％V，0.001～0.04％Zr、其余為Fe和不可避免的微量雜質(zhì)。
2.上述權(quán)利要求1所述的改善鎳硬化型無限冷硬鑄鐵中碳化物形態(tài)的合金制法，其特 征在于(a)將生鐵、廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、鎳鐵混合加熱熔煉，熔煉溫度為1500-1540°C，熔 煉時間20-30分鐘；(b)爐前調(diào)整成分，將溫度升高到熔煉溫度1520士20°C，熔煉15-20分鐘，在熔煉后期， 加入脫氧劑鋁，扒渣后將釩鐵加入爐內(nèi)，熔煉4-8分鐘；(c)在澆包內(nèi)埋入與步驟(a)中生鐵、廢鋼、鉻鐵、硅鐵、鉬鐵、鎳鐵和步驟(b)中脫氧 劑、釩鐵總重質(zhì)量比為0. 15-0. 23%硅鐵、0. 08-0. 12%錳鐵和0. 12-0. 17%硅鋯合金的混 合孕育劑，待熔煉爐中鐵水降低到1430-1460°C時，將鐵水導(dǎo)入澆包內(nèi)進行孕育處理；(d)澆注溫度為1340-1380°C；(e)澆注冷卻后的鑄件在460-520°C兩次退火。
全文摘要
一種改善鎳硬化型無限冷硬鑄鐵中碳化物形態(tài)的合金是以現(xiàn)有鎳硬化性無限冷硬鑄鐵成分為基礎(chǔ)添加質(zhì)量百分數(shù)為3-6％的釩，并適當控制熔煉和澆鑄過程，即可獲得以均勻球形碳化物為主的鑄鐵。本發(fā)明利用高釩鑄鐵在凝固過程形成的VC+γ共晶區(qū)，形成細小的粒狀碳化物，以及VC對共晶碳化物形核的核心作用減弱或消除共晶網(wǎng)狀碳化物，獲得均勻分布的以粒狀碳化物為主的組織。該鑄鐵利用電爐冶煉，澆注成形后，不需要高溫熱處理，生產(chǎn)工藝簡單，所生產(chǎn)的鑄鐵可以顯著提高無限冷硬鑄鐵的耐磨性。
文檔編號C21D1/26GK101851725SQ20101016377
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者孫格平, 廖波, 梁叢斌, 肖福仁, 賈建平 申請人:燕山大學(xué)