一种高纯净过共晶含铌铬3铸铁及其应用的制作方法

1.本发明属于精炼铬铸铁技术领域，具体涉及一种高纯净过共晶含铌铬3铸铁及其应用。


背景技术：

2.依据铬的含量不同形成铬系铸铁，其包括铬3铸铁，是目前国内外应用十分广泛的耐磨材料之一，已广泛应用于生产小型(2寸)泵过流件泵体、叶轮、小型(直径小于1米)锤式破碎机锤头、衬板等。现有技术生产的铬3铸铁常规是调整成分来提高硬度等性能，这会相应增加生产成本。添加合金化元素虽然能提高低铬铸铁的力学性能，但是，合金化元素含量过高，对熔炼、热处理工艺的要求也相应提高，增加了工艺的难度。因此如何进一步优化工艺，低成本制备高纯净过共晶含铌铬3铸铁，成为了新的研究趋势。


技术实现要素：

3.为了解决背景技术的问题，本发明提供一种高纯净过共晶含铌铬3铸铁及其应用。
4.为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种高纯净过共晶含铌铬3铸铁，包括以下成分：碳、锰、铬、硅、磷、硫、镍、钼、钒、钛、铜、铌、混合稀土、氧、氢、铁。
6.进一步地，所述的高纯净过共晶含铌铬3铸铁的氧含量＜15ppm，氢含量＜5ppm。
7.进一步地，所述的高纯净过共晶含铌铬3铸铁，按质量百分含量计，包括以下成分：3.32-3.63％的碳、0.05-0.32％的锰、2.52-4.50％的铬、0.24-0.46％的硅、0.01-0.03％的磷、0.02-0.05％的硫、0.37-0.64％的镍、0.12-0.39％的钼、0.45-0.78％的钒、0.07-0.29％的钛、0.25-0.54％的铜、0.52-0.69％的铌、0.11-0.23％的混合稀土、氧含量≤0.00141％、氢含量≤0.00049％，余量为铁。
8.进一步地，所述的高纯净过共晶含铌铬3铸铁，按质量百分含量计，包括以下成分：3.47％的碳、0.14％的锰、2.98％的铬、0.35％的硅、0.02％的磷、0.03％的硫、0.44％的镍、0.17％的钼、0.56％的钒、0.11％的钛、0.29％的铜、0.58％的铌、0.16％的混合稀土、0.00119％的氧、0.00034％的氢，余量为铁。
9.进一步地，所述混合稀土由镧、铈按质量比为1-2:0.6-1组成。
10.进一步地，所述混合稀土由镧、铈按质量比为1.3:0.7组成。
11.进一步地，所述的高纯净过共晶含铌铬3铸铁的洛氏硬度值大于55。
12.进一步地，所述的高纯净过共晶含铌铬3铸铁的碳化物数量大于25％。
13.本发明还提供一种高纯净过共晶含铌铬3铸铁的应用，将所述的高纯净过共晶含铌铬3铸铁应用于生产小型(2寸)泵过流件泵体、叶轮、小型(直径小于1米)锤式破碎机锤头、衬板中。
14.本发明具有以下有益效果：
15.本发明采用吹氮排除杂质，以及在造渣材料中添加蒙脱石粉、氟石粉、碳酸镁粉、
麦饭石粉、石英粉，五种组分相互配合下，有效降低过共晶含铌铬3铸铁中氢等杂质含量，协同提高了过共晶含铌铬3铸铁的洛氏硬度值(hrc)。本发明制备的过共晶含铌铬3铸铁的氢和氧含量较低，洛氏硬度值大于55，碳化物数量大于25％，适用低冲击、冲刷磨损工况条件，可满足于包括生产小型(2寸)泵过流件泵体、叶轮、小型(直径小于1米)锤式破碎机锤头、衬板，具有较好的应用价值。
具体实施方式
16.为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
17.实施例1
18.一种高纯净过共晶含铌铬3铸铁，按质量百分含量计，包括以下成分：3.38％的碳、0.09％的锰、2.73％的铬、0.27％的硅、0.01％的磷、0.02％的硫、0.51％的镍、0.16％的钼、0.48％的钒、0.08％的钛、0.34％的铜、0.56％的铌、0.14％的混合稀土、0.00141％的氧、0.00049％的氢，余量为铁；
19.所述混合稀土由镧、铈按质量比为1:0.6组成。
20.实施例2
21.一种高纯净过共晶含铌铬3铸铁，按质量百分含量计，包括以下成分：3.47％的碳、0.14％的锰、2.98％的铬、0.35％的硅、0.02％的磷、0.03％的硫、0.44％的镍、0.17％的钼、0.56％的钒、0.11％的钛、0.29％的铜、0.58％的铌、0.16％的混合稀土、0.00119％的氧、0.00034％的氢，余量为铁；
22.所述混合稀土由镧、铈按质量比为1.3:0.7组成。
23.实施例3
24.一种高纯净过共晶含铌铬3铸铁，按质量百分含量计，包括以下成分：3.61％的碳、0.32％的锰、4.36％的铬、0.39％的硅、0.03％的磷、0.05％的硫、0.62％的镍、0.34％的钼、0.72％的钒、0.29％的钛、0.53％的铜、0.61％的铌、0.2％的混合稀土、0.00128％的氧、0.00041％的氢，余量为铁；
25.所述混合稀土由镧、铈按质量比为2:1组成。
26.实施例4
27.一种高纯净过共晶含铌铬3铸铁的生产工艺，包括以下步骤：
28.(1)打结坩埚：将透气块按要求安装在精炼高纯净过共晶含铌铬3铸铁装置底部，然后使用耐火衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
29.(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；
30.(3)将气体扩散器安装在装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氮气瓶；
31.(4)铺石灰层：在装置底部铺上一层石灰，所述石灰层的厚度为25mm；
32.(5)准备材料：按铬铸铁的化学成分要求，称量好熔炼铸铁的各种材料，备用；
33.(6)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中熔炼，当铬铸铁料熔化形成熔池时，即铸铁液覆过炉底29.3cm时，开始打开流量调节器吹注氮气，氮气经过透气块参与铸铁
液熔炼过程，直至获得完全熔化的铸铁液，随着熔炼继续，吹氮气的流量随着铸铁液的增加而增加，具体控制过程如下：前9-13min，吹氮气流量控制在15.8-16.7l/min；第14-20min，吹氮气流量控制在17-17.3l/min；第21-30min，吹氮气流量控制在17.6-17.8l/min；
34.(7)孕育处理：采用包底冲入法对步骤(6)获得的完全熔化的铸铁液进行孕育处理，孕育处理是采用占铸铁液重量2.3％，粒度小于13mm的孕育剂，所述孕育剂包括由中间合金、稀土合金按重量比为2:0.5组成；所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：c：1.8％，cr：0.9％，si：0.5％，ni：0.4％，ti：0.2％，mo：0.3％，其余为fe；所述的稀土合金包括锰、硅、镧、铈按质量比为8:5:1.3:0.7组成；
35.(8)向步骤(7)完成孕育处理的铸铁液表面覆盖造渣材料，添加量为0.73kg/吨铬铸铁；同时吹氮气处理，吹氮气流量控制在16.6-17.1l/min，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
36.(9)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
37.(10)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氮气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；
38.(11)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得实施例2配方的高纯净过共晶含铌铬3铸铁。
39.步骤(8)中所述造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：珍珠岩粉10份、铝粉3份、蒙脱石粉15份、氟石粉3份、滑石粉11份、钝化石灰粉4份、碳酸镁粉6份、麦饭石粉5份、石英粉2份、田菁胶3份、水20份；
40.所述珍珠岩粉的粒度为800目；
41.所述铝粉的粒度为900目；
42.所述蒙脱石粉的质量指标为：sio2：68.97％，粒度为900目；
43.所述氟石粉的质量指标为：caf2：75.86％，粒度为800目；
44.所述滑石粉的质量指标为：sio2：61.05％，粒度为900目；
45.所述钝化石灰原料的质量指标为：cao：94.12％；s：0.04％；
46.所述碳酸镁粉的粒度为900目；
47.所述麦饭石粉的粒度为900目；
48.所述石英粉的粒度为1000目；
49.所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：
50.1)按重量份数，将珍珠岩粉、铝粉、蒙脱石粉、氟石粉、滑石粉、钝化石灰粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉加入搅拌机中，在温度为46℃，转速为200r/min下搅拌1.2h，制得浆料a；
51.2)向步骤1)制得的浆料a中加入田菁胶、水，在温度为43℃，转速为200r/min下搅拌0.6h，制得浆料b；
52.3)将步骤2)制得的浆料b加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1cm的颗粒；
53.4)将步骤3)制得的颗粒送入烘箱中，在92℃下干燥8h，制得造渣材料。
54.对实施例4生产的过共晶含铌铬3铸铁的洛氏硬度值(hrc)、碳化物数量及氧、氢含量进行检测，每个指标重复测3次，求平均值，结果如下：
55.试验组hrc碳化物数量(％)氧含量/ppm氢含量/ppm
实施例457.625.311.93.4
56.注：表中的各个指标均为重复测3次的平均值，洛氏硬度试验按gb/t 230.1规定进行；氧、氢含量采用光谱分析检测；
“‑”
表示不检查’。
57.上表可知：(1)由实施例4的数据可见，采用本发明的制备工艺获得的过共晶含铌铬3铸铁的氧含量为11.9ppm，氢含量为3.4ppm，洛氏硬度值(hrc)为57.6，可见采用本发明的制备工艺，使得氧含量和氢含量大大降低，获得的过共晶含铌铬3铸铁的洛氏硬度值(hrc)较大，提高了产品的性能；而获得的碳化物数量高，达到了25.3％，使得材料耐磨性高。本发明制得的高纯净过共晶含铌铬3铸铁可满足使用于小型(2寸)泵过流件泵体、叶轮、小型(直径小于1米)锤式破碎机锤头、衬板等，具有较好的应用价值。
58.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。