一种新型高铬白口铸铁变质剂在生产中的应用(热加工工艺).doc

一种新型高铬白口铸铁变质剂在生产中的应用
赣州龙钇稀土材料有限公司 　朱福生 许瑞高
石家庄三环阀门股份有限公司铸造分厂 郭玉昆 胡树祥 王洪庆

摘要：通过使用钇基重稀土复合变质剂，能改善高铬白口铸铁的碳化物的形态和分布，提高材料的综合性能；并减少Ni、Mo、Cu合金元素的加入量，起到了良好的经济效益。
关键字：钇基重稀土复合变质剂、高铬耐磨白口铁、碳化物、硬度、合金元素
Abstract: After modified with Yttrium-based Heavy Rare-earth multiplex modification, the shape and the distributing of the carbide and the comprehensive properties of the high chromium white cast iron have been improved in effect; The quantities of alloying elements Mo Cu Ni Cr can be reduced, A nicer economic benefit has been gotten in the applied factory.
Keyword: Yttrium-based Heavy Rare-earth multiplex modification, high chromium white cast iron，carbide，hardness，alloying element
高铬铸铁是继普通白口铁、镍硬白口铁发展起来的第三代白口铁。由于高铬铸铁金属组织的特点使得高铬铸铁比普通铸铁具有高得多的韧性。高温强度。耐热性和耐磨性等，已被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料，并得到广泛应用。根据不同使用工矿的要求，通常采用Cr15、Cr20、Cr25三系列，还可以调整碳量、添加其他合金元素，如：镍、钨、钼、铜等形成多元合金高铬铸铁。经典的高铬铸铁是美国的Cr15Mo3牌号。而对于断面较大的铸件，镍、钼、铜已经成了必须添加元素了。近年来钼铁的价格飞涨，镍、铜等贵重金属的价格也有不同程度的上升。我公司高铬系耐磨材料用量较大，生产这种牌号的材质需要加入Mo、Ni、Cu等合金元素。这些都给企业的利润空间带来了巨大的压力。寻找一种高效变质剂，通过提高冶金质量，改善碳化物形态、强化基体组织等途径来达到减少Ni、Mo、Cu等合金元素的添加量，进一步提高产品的质量。而通过使用赣州龙钇稀土材料有限公司研制的YFB-2钇基重稀土复合变质剂产品，我公司生产的产品把Ni、Mo、Cu等合金元素往下调整，调整后产品的综合使用性能还有所提高。
1、试验方法及内容
1.1试验成分设计见表1所列。
表1：材料主要化学成分（％）
合金编号
主要元素化学成分（％）
C
Si
Mn
Cr
Mo
Cu
Ni
1（未变质）
2.6～2.8
0.6～1.0
0.8～1.2
18～20
1.5～1.8
1.0～1.2
1.0～1.2
2（变质）
2.6～2.8
0.6～1.0
0.8～1.2
18～20
0.8～1.0
0.5～0.7
0.5～0.7
1.2每吨铁水的配料对比
表2：配料对比
原工艺
新工艺
炉料名称
配 比（%）
重量（Kg）
炉料名称
配比（%）
重量（Kg）
钒钛生铁
55
550.0
钒钛生铁
55
550.0
铬铁
33
330.0
铬铁
33
330.0
锰铁
1.2
12.0
锰铁
1.2
12.0
废钢
6.2
62.0
废钢
6.2
62.0
钼铁
2.6
26.0
钼铁
1.4
14.0
镍
1.0
10.0
镍
0.6
6.0
铜
1.0
10.0
铜
0.5
5.0
合计
100
1000
合计
100
1000

1.3试验过程
1.2.1铁液用1.5t中频感应电炉熔炼，当低碳钢、生铁化清后，加入锰铁、铬铁、电解铜、电解镍和钼铁，熔化后升温至1460℃扒渣，加入碎玻璃、萤石另造新渣，再次扒渣后升温至1480℃插入铝线0.01-0.05％脱氧，扒渣后出炉。在1400～1430℃浇注。用1t包作为转包，浇注前在包底放置YFB变质剂0.3－0.4％。烘热300℃后，出铁水直接冲入包内。搅拌后，静置2min后采取挡渣，浇入砂型中。浇注后冷却经清理后，在铸件本体上相同部位用线切割取金相试样和10×10×55的无缺口冲击试样。
1.2.2热处理规范见表2

表2：试样热处理规范
合金编号
热 处 理 工 艺
1（未变质）
1000℃×3h 空冷＋280℃×2h回火
2（变质）
980℃×3h空冷＋350℃×2h回火
1.2.3用HR－150A型硬度计测定硬度；在30/15型摆锤式冲击试验机上测试冲击韧度ak；在金相显微镜观察金相组织。

2、试验结果及分析
2.1金相组织对比

图1未变质处理 淬火＋回火组织 图2 变质处理 淬火＋回火组织
图1共晶碳化物组织呈细长条杆状和尖角块状，对基体造成割裂作用；共晶团较粗大；基体组织为回火马氏体、回火屈氏体、残余奥氏体。图2共晶碳化物呈细小均匀分布的圆颗粒状碳化物，共晶团较小；基体组织为回火马氏体、回火屈氏体。
2.2力学性能对比

表3：合金硬度和冲击韧性值
合金编号
状态
硬度（HRC）
冲击韧性（J/cm2）
备注
1
铸态
52～54
3.8～4.2
未变质处理
淬火＋回火
60～62
4.5～4.8
2
铸态
49～51
5.5～5.8
变质处理
淬火＋回火
59～61
7.4～7.6
2.3经济效益分析
新工艺只是减少了Mo、Ni、Cu三元素的加入量，增加了YFB和热处理费用基本不变，其直接经济效益是显而易见的。
表4：高铬铸铁1吨铁水节约成本分析表
原　料
原工艺加入量（Kg）
新工艺加入量（Kg）
减少量（Kg）
单价（元／Kg）
节约成本（元／吨）
钼铁合金
26.0
14.0
12.0
310
3720
电解铜
10.0
5.0
5.0
37
185
金属镍
10.0
6.0
4.0
120
48
合计

3953
注：以十二月上旬的价格为准
上表中三项合计，共节约：3953元／吨。
每吨铁水的YFB加入量为0.3%即3Kg，单价38元／Kg，这样将增加成本：114元／吨。
则，实际节约成本为：3953－114＝3839元／吨。
若每月生产高铬铸铁件在50吨以上，需熔化铁水80吨，则，可节约钼铁、铜、镍费用：
80×3839＝307120元。可见，其经济效益是非常可观的。
2.4高铬铸件使用情况对比
我公司生产的高炉炉顶耐磨铸铁备件旋转溜槽衬板在高炉上使用情况对比见表5：
表5 变质前后旋转溜槽衬板的使用情况对比
合金编号
有效寿命（天）
生铁产量（万t）
过矿能力（万t）
备注
1
165
25.3
52.5
未变质处理
2
178
27.5
57.2
变质处理

2.5结果分析
从表1材料的化学成分来看，使用YFB－2变质剂变质处理后，Ni、Mo、Cu三种合金元素的加入量的降幅都在40－50％，但是材料的力学性能却没有受到很大的影响，冲击韧性值反而得到了很大的提高。分析其原因，在未使用YFB－2变质处理，而添加较大量的Ni、Mo、Cu等合金元素时，其中Mo加入高铬白口铁中，质量分数的50％形成Mo2C，质量分数25％进入碳化物，质量分数25％溶入金属基体，进入金属基体的Mo能提高共析转变温度，推迟奥氏体转变的孕育期，使连续曲线右移，显著降低了临界冷却速度，强化了奥氏体脱稳反应，有效提高了马氏体开始转变点Ms；Cu、Ni一般是加强Mo的作用而加入的。上述三种元素用以提高基体的淬透性，起基体强化作用。而对碳化物的形态、分布影响甚小。但是在高铬抗磨白口铁中碳化物的形态、分布直接影响到材料的使用性能。在添加YFB－2减少合金加入量的试样中，组织却发生了很大的改变，使长条杆状、尖块状碳化物变成圆形小颗粒状碳化物，减少了对基体的割裂程度，提高了抗冲击能力；同时细小均匀分布的碳化物硬质点增强了对抵抗物料磨损的能力，减少了硬质点的剥落磨损。变质剂中微合金化元素提高了基体的强度，增强了对碳化物硬质点的包裹能力。重稀土钇在脱氧、脱硫提高了铁水的纯净度，改善夹杂的分布和形态等方面也有明显的效果。同时从试验和批量生产证明，对Ni、Mo、Cu合金减少添加量，通过调整热处理工艺，对材料的淬透性影响很小，对硬度的影响也很小。但是从产品的下游使用和综合效益来看，使用YFB－2变质剂的效果可观。
3结论
通过在高铬抗磨白口铁中使用YFB－2钇基重稀土变质剂，碳化物形态和分布发生了显著的变化，提高基体强度，提高冶金质量，从而提高产品的综合使用性能；并减少Ni、Mo、Cu的加入量，降幅达40～50％，收到了良好的经济效益。