摘 要

本文主要研究了亚临界热处理的温度和时间对不锈钢-高铬铸铁复合管的影响。实验中分别设定了三个温度（450℃，500℃、550℃）和三个时间（1小时、3小时、5小时），然后进行保温时间和温度不同组合的分组实验，最后通过金相显微镜观察和硬度测试，发现了高铬铸铁铸态中含有大量的马氏体和残余奥氏体，其硬度约为42HRC。在温度较低或者时间较低的亚临界热处理后，高铬铸铁的组织没有明显变化。当温度在550℃、时间在3小时的时候，高铬铸铁组织中出现了铁素体和珠光体，硬度升高到46.0HRC，继续增加亚临界热处理的保温时间，高铬铸铁会由于组织中的珠光体变得粗大而硬度出现降低。总的来说，材料性能最好的温度和时间组合为550℃、3小时，材料硬度约为46.0HRC。

关键词：高铬铸铁；亚临界热处理；组织；硬度

Abstract

This paper is mainly studied the influence of the temperature and time of sub-critical heat treatment on the stainless steel high chromium cast iron composite pipe. There were three temperatures (450℃, 500℃, 550℃) and three periods (1 hour, 3 hours, 5 hours) that were set in the experiment. Then I carried on group experiment with the combinations of different holding time and temperature. Eventually, through metallographic microscope and hardness test,I found that the as-cast state of high chromium cast iron containing large amounts of martensite and residual austenite and its hardness is about 42HRC. The microstructure of high chromium cast iron was no significant change after the sub-critical heat treatment with lower temperature or less time. When heating at 550℃ for 3 hours, high chromium cast iron’s structure contained ferrite and pearlite and the hardness increased to 46.0HRC. However, when the holding time of the sub-critical heat treatment continued to prolong, the hardness was decreased as pearlite became thicker in the structure. Overall, when the temperature is 550℃ and time is 3 hours,the nature of the material is the best and the hardness is about 46.0HRC.

Key word: High chromium cast iron; Sub-critical heat treatment; Structure; Hardness

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 工业背景 1

1.2 不锈钢材料 1

1.3 高铬铸铁材料 2

1.4 复合管的热处理 3

1.4.1 不稳定（或临界）热处理 4

1.4.2 亚临界热处理 4

1.5 发展前景 5

1.6 研究内容及目标 6

第2章 实验设计 7

2.1、实验准备 7

2.2实验方法 7

第3章 实验过程 9

3.1第一组实验 9

3.1.1实验步骤 9

3.1.2实验数据 10

3.1.3 实验分析 12

3.2 第二组实验 14

3.2.1实验步骤 14

3.2.2 实验数据 14

3.2.3实验分析 15

3.3 实验结论 16

第四章 实验总结 18

致谢 19

参考文献 20

第1章 绪论

1.1 工业背景

高铬铸铁是一种铬系白口铸铁，其含碳量在3%左右,含铬量在20%左右。高铬铸铁中由于铬的含量较多，使得铸铁中的M₃C型碳化物大量转变成M₇C₃型碳化物，这种转变可以让高铬铸铁比普通的铸铁具有更加高的硬度、耐磨性以及耐热性，所以高铬铸铁是工业上所公认的高质量抗磨材料,在冶金、水泥、建材、电力等工业领域应用十分广泛。

最近这些年，由于冶金、矿山、建材、电力、水泥、机械、耐火材料等的蓬勃发展，随之而来的问题是对水泥粒度要求的提高，小尺寸的磨球和磨柱的用量增加，于是对耐磨材料的韧性和耐磨性的要求也跟着逐渐增高，而高铬铸铁是常用的耐磨材料，但是铸态下的高铬铸铁硬度虽然勉强足够，但是韧性较差，其冲击韧性 ≤3～5J/cm²，磨球和磨柱的硬度为HRC51左右，所以高铬铸铁的耐磨性不足，在使用过程中可能出现因为承受不住较大的压力而出现开裂破碎等现象，这一指标导致高铬铸铁在一些高冲击力的工作条件下的工作能力受到限制。因此，人们将韧性很高的不锈钢材料与高铬铸铁结合在一起，做成不锈钢-高铬铸铁双金属复合材料铸件，使符合材料既有高铬铸铁的耐磨性，又有不锈钢的高韧性。工业上的不锈钢-高铬铸铁复合管是以不锈钢为外套、高铬铸铁为内套的双金属复合管，采用离心铸造复合工艺 ,通过控制铸型转速、内外套浇注温度和时间间隔 ,以及在复合界面加入BN界面复合剂 ,研制出不锈钢-高铬铸铁复合管。试样分析表明 ,高铬铸铁内套基体组织为马氏体、残留奥氏体及共晶碳化物 ,热处理后硬度 60～63HRC ,冲击韧性 7～7 5J/cm² ;不锈钢与高铬铸铁复合界面相互嵌入 ,结合牢固 ,冲击试样断口具有大量韧窝 ,韧性良好。以离心铸造复合工艺取代热镶装工艺制造不锈钢-高铬铸铁复合管 ,工艺切实可行 ,可节约大量人力、物力 ,大幅度降低生产成本^[1]。

1.2 不锈钢材料

一般来说，在铸造不锈钢-高铬铸铁复合管的时候使用的是0Cr18Ni9，0Cr18Ni9是一种不锈钢耐热钢，在化工设备、食品用设备、原子能用工业设备等领域使用十分广泛，并且这种不锈钢无磁性，还具有良好的低温性能。 0Cr18Ni9不锈钢具有较强的耐晶间腐蚀能力，在氧化性酸(HNO₃等)中具有良好的耐蚀性，不仅如此，这种不锈钢在碱溶液和绝大部分有机酸和无机酸中以及大气、水、蒸汽中的耐蚀性也十分优秀。0Cr18Ni9钢是一种奥氏体不锈钢，它是一种基于最初发明的18-8型奥氏体不锈钢的基础上发展演变出来的钢种，该种钢是不锈钢的主体钢种，其产量大约占了不锈钢总产量的30%甚至更高。而由于此钢具有奥氏体结构，所以它不可以通过热处理手段予以强化，只能采用冷变形方式达到提高强度的目的。钢的奥氏体结构赋予了这种材料良好的冷、热加工性能，以及无磁性和好的低温性能。由于 0Cr18Ni9钢的良好性能，使其成为应用量最大、使用范围最广的不锈钢牌号，在工业中，此钢适于制造深冲成型的部件以及输送腐蚀介质管道、容器，结构件等，0Cr18Ni9 也可以用于制造无磁、低温设备和部件。 00Cr19Ni10(AISI304L)是在0Cr18Ni9基础上，通过降低碳和稍许提高含镍量的超低碳型奥氏体不锈钢。此钢是为了解决因Cr23C6析出致使0Cr18Ni9钢在一些条件下存在严重的晶间腐蚀倾向而发展的。

1.3 高铬铸铁材料

工业生产中所使用的高铬铸铁中Cr含量一般在10%~30%，它的微观组织可以观察到，其碳化物主要以(Fe，Cr)₇C₃型为主，显微硬度高达1500~1800HV，并且呈现棒条状或者断续状，可以提高材料的硬度和韧性^[2]。按照国标GB/T8263，可以把高铬铸铁以铬含量的不同分为Cr12、Cr15Mo、Cr20Mo和Cr26四种类型，并根据产品的使用环境生产不同的耐磨件时，可以在高铬铸铁添加一定数量的Mo、Ni、Cu等金属^[3]。工业中使用最为广泛的高铬铸铁为Cr26，英国标准BS48844中还按照含碳量的不同将Cr26划分为低碳、高碳两个牌号。由于Cr26型高铬铸铁中的含铬量较高，进入基体的铬含量高于其他几种类型的高铬铸铁，有利于提高高铬铸铁的淬透性，因此，Cr26型高铬铸铁的研究引起了人们广泛的关注^[4]。

C对高铬铸铁的硬度影响最大，加大含碳量可以得到更多数量的共晶碳化物，使材料的硬度增加，C是生产共晶碳化物(Fe，Cr)₇C₃的主要元素，而共晶碳化物在硬度方面和耐磨性方面起至关重要的作用。当C的含量较多时，组织中的碳化物也相应增多，初生的碳化物增大，硬度得到进一步提高，但对基体的割裂程度也增大了，高铬铸铁的韧性下降、强度下降，因此，高铬铸铁中的C含量不能太低，也不能太高，适中就好。当含C量一定时，高铬铸铁基体组织中的碳化物的数量随着Cr含量的增加而增加，所以含铬量较高的Cr有更高的硬度，耐磨性也就越好。但是随着Cr/C的增高，共晶碳化物增多，硬度提升的同时，材料的韧性下降，更易破碎^[5]。