高品質の高クロム鋳鉄部品を製造するにはどうすればよいですか?

高クロム鋳鉄は、冶金、鉱業、セメント、電力などの業界で広く使用されている非常に重要な耐摩耗性材料です。その溶解および熱処理プロセスには、理想的な微細構造と優れた耐摩耗性を確実に得るための厳しい要件が必要です。

高クロム鋳鉄の溶解成分、溶解温度、注入温度、熱処理工程のポイントを詳しく説明します。

1、 溶解した高クロム鋳鉄の化学組成はその性能の基礎であり、通常は Cr/C (クロム炭素比) が中心的な設計要素となります。

1. コア化学組成範囲 (標準): 炭素 (C): 2.0% ～ 3.5%。炭素含有量によって、一次炭化物と共晶炭化物の量、形態、硬度が決まります。炭素含有量が多くなるほど硬度は高くなりますが、靱性は低下します。クロム (Cr): 12% ～ 30% (通常は 15% ～ 28%)。クロムは炭化物を形成し、基材の耐食性を確保するための重要な元素です。重要なポイントは、Cr/C 比を制御することです。モリブデン (Mo): 0.5% ～ 3.0%。モリブデンは、特に大きな断面の鋳物において、焼入れ性を改善し、パーライト変態を抑制し、ベイナイトまたはマルテンサイトの形成を促進します。同時に、組織を改良し、靭性と耐摩耗性を向上させることができます。銅 (Cu): 0.5% ～ 1.5%。焼入性を高める目的でも使用され、モリブデンの部分的に安価な代替品ですが、その効果はモリブデンほどではありません。ニッケル（Ni）：0～1.5％。焼入れ性の向上と母材の強化を助けます。マンガン (Mn): 0.5% ～ 1.0%。オーステナイトを安定させ、焼入性を向上させます。ただし、レベルが高すぎるとオーステナイトが安定化し、残留オーステナイトの増加や粒界での偏析が発生し、靱性に悪影響を及ぼします。シリコン（Si）：0.3％～1.0％。脱酸元素ですが炭化物の黒鉛化を促進するため、含有量が多すぎないように注意してください。硫黄 (S) およびリン (P): 厳密に制限されています。 P < 0.06%、S < 0.05%。 これらはすべて、靭性と強度を著しく低下させ、熱亀裂の傾向を増大させる可能性がある有害な元素です。

2. Cr/C 比の重要性: Cr/C<4: (Fe, Cr) ∝ C 炭化物が組織内に現れ、硬度が低くなり、耐摩耗性が低下します。 Cr/C ≈ 4-10: 高硬度 (Fe、Cr) ₇ C ∨ 共晶炭化物 (高クロム鋳鉄の耐摩耗性の主な源) はロッドまたはストリップの形で形成され、マトリックスに対する分割効果が少なく、靭性が優れています。これは最も一般的に使用される間隔です。 Cr/C>10: 多量の (Cr, Fe) ₂ ∝ C ₆ タイプの炭化物が形成され始めます。耐食性は向上しますが、硬度が低下し、耐摩耗性は(Fe,Cr)₇C₆には及びません。

3. 成分計算：対象成分と回収率から炉装入率を計算します。炉の装入物は通常、銑鉄、スクラップ鋼、クロム鉄（高炭素クロム鉄、低炭素クロム鉄など）、モリブデン鉄、銅、ニッケル板などで構成されます。 回収率の参考：Cr や Mo などの元素は、中周波誘導炉で溶解すると高い回収率を示し、通常 95% ～ 98% と計算されます。 Mnの回収率は85%～95%程度です。

2、溶解温度と注入温度

1. 精錬温度: 出湯温度は高すぎてはならず、通常 1480 °C から 1520 °C の間に制御されます。 理由: 温度が高すぎると、合金元素 (Cr や Si の酸化など) の燃焼損失が増加し、鋼液中の水素と窒素の吸収が強化され、結晶粒が粗大になる可能性があります。低温は合金の溶解、組成の均質化、およびスラグ鉄の分離を促進しません。

2. 注入温度: 注入温度は鋳物の壁の厚さと構造に応じて決定する必要があり、通常は 1380 °C ～ 1450 °C の範囲です。厚くて単純な部品の場合は、逐次凝固を促進し、収縮を低減し、粒度を微細化するために、より低い注入温度 (1380 °C ～ 1420 °C など) を使用する必要があります。薄壁で複雑な部品: 良好な充填能力を確保するには、より高い注入温度 (1420 °C ～ 1450 °C など) を使用します。原則: 確実に充填することを前提として、可能な限り低い注湯温度を使用するようにしてください。

3、 熱処理工程のポイント

高クロム鋳鉄の鋳放しの微細構造は、通常、オーステナイト+共晶炭化物+部分パーライトであり、硬度が低く、靱性が劣っています。高い硬度と耐摩耗性を備えたマルテンサイト母材は、熱処理によってのみ得られます。

熱処理の核心は「オーステナイト化＋焼き入れ」です。

1. オーステナイト化: 温度: 940 °C ～ 980 °C。特定の温度は、組成、特に Cr と C の含有量によって異なります。高炭素および高クロムの配合の場合は下限温度を採用し、それ以外の場合は上限温度を採用します。断熱時間: 通常、壁の厚さに基づいて計算され、断熱には 25 ミリメートルごとに 1 時間かかります。炭化物中の炭素および合金元素がオーステナイトに完全に溶解していることを確認しますが、長時間放置すると結晶粒が成長し、炭化物が粗大化する可能性があります。キーポイント: オーステナイト化後、マトリックスは炭素と合金元素が豊富なオーステナイトになります。

2. 焼入れ：冷却方法：オーステナイト化温度から外した後、急冷（焼入れ）する必要があります。一般的な方法: 空気焼入れ: これは最も一般的に使用され、安全な方法です。合金含有量が高く、焼入れ性に優れているため、パーライト変態を回避し、マルテンサイトマトリックスを得るには空冷で十分です。大型または複雑なコンポーネントの場合、空冷は亀裂のリスクを効果的に軽減できます。強制空冷: ファンを使用して空気を吹き込み、冷却を加速します。油焼き入れ：非常に小さい鋳物や単純な形状の鋳物にのみ使用され、リスクが高く割れやすいため、細心の注意が必要です。目的：高温オーステナイトをマルテンサイト変態温度（Ms点）以下に過冷却し、高硬度のマルテンサイトに変態させる。

3. 焼き戻し: 必要性: 焼き入れ後の内部応力は非常に高く、組織はマルテンサイト + 残留オーステナイトであり、非常に脆いため、すぐに焼き戻しする必要があります。温度: 通常、200 °C ～ 300 °C の低温焼戻しが使用されますが、場合によっては 450 °C 付近の中温焼戻しも使用されます (硬度は低下しますが、靭性は向上します)。断熱時間：2〜6時間（壁の厚さによって異なります）。機能：焼入れ応力を緩和し、使用中の割れを防ぎます。焼入れマルテンサイトを焼戻しマルテンサイトに変化させると、硬度はわずかに低下しますが、靭性と安定性は大幅に向上します。残留オーステナイトの一部のマルテンサイトへの変態を促進します（二次焼入れ）。

4.特殊プロセス：亜臨界処理。高い衝撃靱性を必要とする一部の作業条件では、450 °C ～ 520 °C の長期絶縁 (4 ～ 10 時間など) を伴う亜臨界処理を使用できます。このプロセスにより、残留オーステナイトがベイナイトフェライトと炭化物に分解され、強度と靭性の優れた組み合わせが得られますが、硬度が低下する可能性があります。

概要: KmTBCr26 高クロム鋳鉄の一般的な熱処理曲線は次のとおりです: [オーステナイト化] 960 °C ± 10 °C に加熱 -> 4 ～ 6 時間保持 -> [焼入れ] 室温まで空冷 -> [焼き戻し] すぐに 250 °C ± 10 °C に加熱 -> 4 ～ 6 時間保持 -> 排出後空冷。重要な注意事項: 熱処理のために炉に入る前に、鋳物を徹底的に洗浄する必要があります (鋳型砂、ライザーなどを除去します)。特に複雑なコンポーネントの場合、加熱速度は速すぎてはなりません。段階的に加熱することをお勧めします（600℃の均一な温度を一定時間維持するなど）。焼き戻し後は、使用前に室温まで冷却する必要があります。組成、溶解、および一連の熱処理パラメータを正確に制御することによってのみ、高性能高クロム鋳鉄耐摩耗部品を製造できます。