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高韧性抗磨白口铁及其制备方法
    【技术领域】

    本发明涉及一种超硬白口铁，特别涉及一种高韧性抗磨白口铁及其制备方法。

    背景技术

    当今社会的高速发展，促进了城市建设的步伐，水泥无疑是任何建筑物所必须的工程材料，所以水泥的产量正在不断攀升。高温辊破是大型水泥生产设备的关键部件，在使用时不仅承受高温水泥熟料的磨损，同时还得承受一定数量的水泥大块熟料的冲击，故其加工材料是设备制造成功的核心技术，这方面材料制备在世界上都是技术难点，仅有少数国家和公司掌握此项技术，攻克此项技术难关，能为研制成功大型的水泥生产设备奠定基础，故而研制高温辊破材料技术至关重要。

    白口铁作为一种优良的耐磨材料，其硬度高，通常在60HRC左右，但其韧性较差，α_k仅为1.9J/cm²，在使用时安全系数较低，因此，提高白口铁的韧性更有利于在辊破设备上使用。

    【发明内容】

    本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种性能优良的高韧性抗磨白口铁及其制备方法。

    本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分是(重量％)：C：2.0～4.0，Si：1.0～2.5，Mn：0.2～0.8，Cr：1.0～15.0，Ni：2.0～8.0，Mo：0.1～0.4，Dy：0.1～0.2，Y：0.1～0.2，S和P≤0.06，其余为Fe。

    本发明还可以采用如下技术方案：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分是(重量％)：C：2.6～3.2，Si：1.8～2.0，Mn：0.4～0.6，Cr：8.0～9.0，Ni：5.0～6.5，Mo：0.1～0.4，Dy：0.1～0.2，Y：0.1～0.2，S和P≤0.06，其余为Fe。

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分是(重量％)：C：2.7，Si：1.8，Mn：0.5，Cr：8.5，Ni：5.7，Mo：0.3，Dy：0.15，Y：0.15，S和P≤0.06，其余为Fe。

    本发明还提供了上述高韧性抗磨白口铁的制备方法：包括以下步骤：

    第一步，按照该白口铁的化学成分，分别计算并称取废钢、硅铁、锰铁、镍板、钼铁、高碳铬铁、纯Dy、纯Y；第二步，先将30～80％的废钢加入到中频感应炉中；第三步，待炉中废钢开始熔化后，再加入镍板和钼铁，再加入余下废钢，当炉中金属全部熔化后，再加入高碳铬铁、硅铁和锰铁，精炼，最后加入纯Dy和纯Y金属，精炼；第四步，加入铝丝脱氧，脱氧后待中频感应炉的炉温达到1450～1650℃时，出炉浇注。

    本发明具有的优点和积极效果是：通过在白口铁中添加Dy和Y元素，使Dy和Y元素的氧化物颗粒弥散于基体中，成为碳化合物形核的核心，从而达到细化碳化物的目的，并且使晶界处的网状碳化物消除，达到提高材料韧性的作用；本发明不仅可以大幅度的提高材料的韧性，α_k达到10J/cm²左右，还可以保持普通白口铁的硬度，HRC达到60以上，使其具有优良的性能。

    【具体实施方式】

    为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

    实施例1：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分(重量百分比)为：C：2.7、Si：1.8、Mn：0.5、Cr：8.5、Ni：5.7、Mo：0.3、Dy：0.15、Y：0.15、S、P≤0.06，其余为Fe元素。用中频感应炉(200kg)熔炼，第一步，根据上述的化学成分，分别计算并称取废钢、硅铁、锰铁、镍板、钼铁、高碳铬铁、纯Dy、纯Y；第二步，将60％重量的废钢加入到中频感应炉中；第三步，等炉中废钢开始熔化后，加入镍板和钼铁，等5～15分钟后加入剩余的40％废钢，当炉中所加的金属全部熔化后，再加入高碳铬铁、硅铁和锰铁，精炼5～15分钟，最后加入纯Dy和纯Y金属，精炼5～15分钟；第四步，加入占铁水重量0.01％的铝丝脱氧，脱氧后将炉内铁液的温度升至1550℃出铁，浇注试块，浇注12小时后，开箱、取样、试样制备，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，然后借助洛氏硬度仪和冲击试验机测试试样硬度和冲击韧性。

       试块  1#  2#  3#  4#  5#  HRC  62.5  63  62  62.5  62  冲击韧性(J/cm²)  10.1  9.4  10.3  10.1  9.9

    经检测，铸态硬度为HRC＝61.5～63，冲击韧性α_k＝9～10.5J/cm²。

    试验表明，上述高韧性抗磨白口铁，其硬度较普通白口铁略有提高，但韧性却提高了5～5.5倍。

    实施例2：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分(重量百分比)为：C：2.6、Si：1.8、Mn：0.6、Cr：8.0、Ni：6.5、Mo：0.4、Dy：0.2、Y：0.2、S、P≤0.06，其余为Fe元素。熔炼过程与实施例1基本相同，用中频感应炉(200kg)熔炼，第一步，根据上述的化学成分，分别计算并称取废钢、硅铁、锰铁、镍板、钼铁、高碳铬铁、纯Dy、纯Y；第二步，将30％重量的废钢加入到中频感应炉中；第三步，等炉中废钢开始熔化后，加入镍板和钼铁，等5～15分钟后加入剩余的70％废钢，当炉中所加的金属全部熔化后，再加入高碳铬铁、硅铁和锰铁，精炼5～15分钟，最后加入纯Dy和纯Y金属，精炼5～15分钟；第四步，加入占铁水重量0.01％的铝丝脱氧，脱氧后将炉内铁液的温度升至1450℃出铁，浇注试块，浇注12小时后，开箱、取样、试样制备，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，然后借助洛氏硬度仪和冲击试验机测试试样硬度和冲击韧性。

    经检测，铸态硬度为HRC＝60.5，冲击韧性α_k＝10.1J/cm²。

    试验表明，上述高韧性抗磨白口铁，其硬度较普通白口铁相当，但韧性却提高了5.3倍。

    实施例3：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分(重量百分比)为：C：2.6、Si：1.9、Mn：0.5、Cr：4.0、Ni：5.7、Mo：0.3、Dy：0.2、Y：0.15、S、P≤0.06，其余为Fe元素。熔炼过程与实施例1基本相同，用中频感应炉(200kg)熔炼，第一步，根据上述的化学成分，分别计算并称取废钢、硅铁、锰铁、镍板、钼铁、高碳铬铁、纯Dy、纯Y；第二步，将80％重量的废钢加入到中频感应炉中；第三步，等炉中废钢开始熔化后，加入镍板和钼铁，等5～15分钟后加入剩余的20％废钢，当炉中所加的金属全部熔化后，再加入高碳铬铁、硅铁和锰铁，精炼5～15分钟，最后加入纯Dy和纯Y金属，精炼5～15分钟；第四步，加入占铁水重量0.01％的铝丝脱氧，脱氧后将炉内铁液的温度升至1650℃出铁，浇注试块，浇注12小时后，开箱、取样、试样制备，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，然后借助洛氏硬度仪和冲击试验机测试试样硬度和冲击韧性。

    经检测，铸态硬度为HRC＝57，冲击韧性α_k＝11.2J/cm²。

    试验表明，上述高韧性抗磨白口铁，其硬度较普通白口铁略有降低，但韧性却提高了近6倍。

    实施例4：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分(重量百分比)为：C：2.9、Si：2.0、Mn：0.6、Cr：9.0、Ni：6.5、Mo：0.1、Dy：0.1、Y：0.1、S、P≤0.06，其余为Fe元素。制备方法与实施例1相同。

    试块经检测，铸态硬度为HRC＝63.5，冲击韧性α_k＝9.0J/cm²。

    试验表明，上述高韧性抗磨白口铁，其硬度较普通白口铁略有提高，但韧性却提高了4.7倍。

    实施例5：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分(重量百分比)为：C：3.2、Si：1.8、Mn：0.6、Cr：8.0、Ni：6.5、Mo：0.3、Dy：0.1、Y：0.2、S、P≤0.06，其余为Fe元素。制备方法和试块检测试验手段及试验结果与实施例1相同。

    实施例6：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分(重量百分比)为：C：3.2、Si：2.0、Mn：0.4、Cr：15.0、Ni：5.0、Mo：0.1、Dy：0.2、Y：0.1、S、P≤0.06，其余为Fe元素。制备方法和试块检测试验手段及试验结果与实施例1相同。

    实施例7：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分(重量百分比)为：C：2.9、Si：1.8、Mn：0.4、Cr：1.0、Ni：5.0、Mo：0.4、Dy：0.2、Y：0.2、S、P≤0.06，其余为Fe元素。制备方法和试块检测试验手段及试验结果与实施例1相同。

    实施例8：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分(重量百分比)为：C：2.0、Si：2.5、Mn：0.2、Cr：15.0、Ni：2.0、Mo：0.1、Dy：0.1、Y：0.2、S、P≤0.06，其余为Fe元素。其余为Fe元素。制备方法和试块检测试验手段及试验结果与实施例1相同。

    实施例9：

    一种高韧性抗磨白口铁，其化学成分(重量百分比)为：C：4.0、Si：1.0、Mn：0.8、Cr：1.0、Ni：8.0、Mo：0.4、Dy：0.2、Y：0.1、S、P≤0.06，其余为Fe元素。制备方法和试块检测试验手段及试验结果与实施例1相同。