本發明涉及鑄造技術領域，尤其涉及一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法。
背景技術：
近年來，耐磨損材料技術得到了突飛猛進的發展，其中鑄造高鉻合金材料作為耐磨損材料的一個分支，在工業生產中應用最為普遍。高鉻合金之所以耐磨是由其微觀組織結構所決定的。鑄造高鉻合金材料的主體合金成分特點是高鉻(≥12％)和高碳(≥2％)，在其微觀組織中含有大量的共晶碳化物硬質相，這些硬質相和強、韌性較好的基體相組合，獲得優良的耐磨損性能。
在耐磨損領域，追求合金具有更高耐磨損性能和更好的綜合性能是材料創新的主流方向。高鉻合金中雖然含有高硬度“碳化鉻”硬質相能夠實現高耐磨性，但是高鉻合金存在的弱點恰是在于大量“碳化鉻”硬質相的存在使得合金材料的整體性能較差。并且當用于選礦業中，由于磨機是水磨，高鉻合金作為耐磨材料除了會產生化學腐蝕，在研磨當中，由于含鉻量較高，內部出現電位差，產生電，在水的媒介導電條件下出現電化學腐蝕，使用效果也不理想。
現存的鑄造低鉻合金材料在同時具有耐磨性、硬度以及耐腐蝕性能方面欠佳，不能滿足現在社會的要求。有鑒于上述合金材料存在的缺陷，因此，要求既要有高的耐磨性、硬度和好的韌性，還要求合金的耐腐性要良好，這就對合金的鑄造工藝提出了更高等級的要求。
技術實現要素：
基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，所鑄造得到的合金材料可在多種環境下使用，具有良好的耐腐蝕和耐磨性，硬度可達70HRC以上，滿足實際使用過程中對耐磨合金材料的要求。
本發明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1500-1550℃，保溫20-45min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1560-1600℃，保溫10-20min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：1.5-2.4％，Si：1.1-1.6％，Cr：0.7-1.2％，Cu：0.5-0.8％，Ca：0.3-0.6％，Mn：1.2-1.7％，Mo：0.1-0.6％，N：0.02-0.05％，Ni：0.1-0.3％，Mg：0.01-0.1％，Ti：0.1-0.3％，Zr：0.03-0.05％，S：0.01-0.04％，P≤0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1350-1400℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料按重量配比是由1.5-1.8:10的納米材料和耐火骨料進行配料制成，待合金液完全凝固后，繼續冷卻放置5-10h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內，向加熱爐通入氬氣使加熱爐中氧含量小于5％，在10-15min內升溫至850-900℃，保溫30-40min，在1-5min內升溫至950-1000℃，保溫10-15min，在5-10min內升溫至1050-1100℃，取出后加入260-320℃的鹽浴中進行第一次淬火，冷卻至400-460℃后取出，加入回火爐中升溫至600-680℃，保溫20-35min后取出，加入50-90℃的硅酸鈉水溶液中進行第二次淬火，冷卻至70-120℃后取出，加入回火爐中升溫至200-250℃，保溫6-10h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料。
優選地，S1中，所述熔融合金液的各元素按重量百分比包括：C：1.7-2.2％，Si：1.2-1.5％，Cr：0.8-1.1％，Cu：0.6-0.7％，Ca：0.4-0.5％，Mn：1.3-1.6％，Mo：0.2-0.5％，N：0.03-0.04％，Ni：0.1-0.2％，Mg：0.03-0.07％，Ti：0.2-0.3％，Zr：0.03-0.04％，S：0.02-0.03％，P≤0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質。
優選地，所述Mn、S和N的重量百分含量符合：Mn≥18×S+0.1％+25×N。
優選地，S2中，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻1-2份、碳化硅3-5份、氮化硼2-4份、三氧化二鋁6-10份；所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉8-10份、鋁礬土粉4-6份。
優選地，制備所述納米涂料的工藝包括：將耐火骨料研磨至粒徑≤100nm，加入納米材料混勻，再加入無水乙醇混勻，得到所述納米涂料；優選地，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為30-60μm。
優選地，S2中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石80-100份、脈石英礦20-40份、鈉基膨潤土5-20份、粉煤灰5-10份、脫硫石膏2-6份、硅鋁酸鹽2-5份、鋯英粉6-10份、氧化鐵粉5-10份、石墨粉1-3份、微量元素0.01-0.05份、水1-5份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.05-0.5mm；所述脈石英礦的粒度為0.01-0.05mm；所述微量元素選自W、Mn、V、Cr、Ti、Ni中的一種或者多種的組合。
優選地，S3中，將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內，向加熱爐通入氬氣使電爐中氧含量小于5％，在12-14min內升溫至860-880℃，保溫33-47min，在2-4min內升溫至960-980℃，保溫12-14min，在6-8min內升溫至1060-1080℃，取出后加入280-300℃的鹽浴中進行第一次淬火，冷卻至420-440℃后取出，加入回火爐中升溫至620-660℃，保溫25-30min后取出，加入60-80℃的硅酸鈉水溶液中進行第二次淬火，冷卻至80-100℃后取出，加入回火爐中升溫至220-240℃，保溫7-8h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料。
優選地，S3中，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀52-58％和硝酸鈉42-48％。
優選地，S3中，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.05-1.25g/cm3，模數為2.0-3.0。
本發明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，首先，在熔煉中采用生鐵、廢鋼、鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵等配合作為低合金材料的主料，完成本發明對于合金材料密度高和沖擊韌性高的要求，提高合金材料在使用中磨削效率，同時減少鉻的含量，避免合金的電化學腐蝕效應；加入的氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠相互配合，對合金液進行脫氧，減少基質合金液中氧化物含量；由此所得到的熔融合金液中，控制Mn、Cr和Cu三者的適量添加，使其可以進行合金強化，并控制S的含量，來控制石墨的形態，適量的N則可以固溶于基體中，提高基體的淬透性，并通過同時限定Mn、S、N三者的含量關系，有效提高合金材料的強度和硬度；適量的Ca增加了合金材料形核的核心，從而達到增加石墨球數量，提高其圓整度的作用，對于合金材料的耐磨性能具有極大的改善作用；適量的N和Ti、Ni可結合生成高熔點的細小氮化物，起結晶核心作用，有利于提高合金耐磨層的強韌性；適量的Mg、Zr，不僅可以細化基體組織，還可以細化碳化物，并使碳化物均勻分布，從而可以明顯提高合金材料的耐磨性，防止其耐磨層實用過程中出現剝落和開裂。
其次，在澆鑄工藝中，通過在模腔表面涂覆有納米涂料，將納米涂料中的陶瓷納米顆粒組成的納米材料和耐火骨料刷涂在鑄造模具內壁，在澆注完成后可以將納米級陶瓷增強顆粒和耐火骨料鑲嵌于合金材料的表面和次表面，由此在合金表層形成一層納米級高硬質相，該硬質相層由于分布有性能優良的陶瓷顆粒等，使得合金材料具有耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕強等優點，同時顯著地提高了合金材料的抗撞擊性能、強度和耐磨性能；此外，為了在合金材料的表面和次表面上“鑲嵌”納米材料和耐火骨料以改善所述合金材料表面耐磨性能，除了前述控制合金材料的組分含量，使其獲得一種適宜納米涂料合金內部滲透的組織結構以外，本發明中還同時控制鑄模，其所采用的型芯材料通過以特定粒徑的礦石為基體材料，鈉基膨潤土作為粘接劑，由此制備出一種具有高熱傳導性能的型芯材料，型芯材料使得澆鑄在模腔中的合金熔液冷卻速度加快，從而獲得較大冷卻動力，在其作用下，納米涂料中包含的納米陶瓷顆粒和耐火骨料可以均勻，快速地向合金材料內部滲透，并且與傳統的合金產品相比，表面的晶粒組織得到細化，硬度提高30％，耐磨性能也得到大幅度提高。
最后，在熱處理工藝中，通過設定三段溫區緩慢升溫過程，保證合金材料內部組織變化合理，成分更加均勻化；隨后將升溫后的合金組織加入熱鹽浴中進行第一次淬火，合金組織內部生成的有害內應力及變形相比用冷油等介質淬火的要小得多，同時保證合金按預定的溫度進行鹽浴等溫淬火，大幅度提高鑄段的韌性；此后為了增加合金材料的淬透深度，通過對回火后的合金組織進行第二次淬火，得到綜合性能好的貝氏體和殘留奧氏體混合組織，硬度高且硬度均勻性好。
綜合上述，本發明中通過對合金的組分進行控制使其獲得優良綜合性能的同時，通過對合金表面進行納米改性處理，并利用適宜的熱處理工藝來調節基體金屬性能，顯著地提高合金材料的耐磨損、耐腐蝕等方面的性能，使本發明更適用于濕法研磨，提高本發明的使用壽命，間接降低了使用成本。
具體實施方式
下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
實施例1
本發明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1500℃，保溫45min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1560℃，保溫20min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：1.5％，Si：1.6％，Cr：0.7％，Cu：0.8％，Ca：0.3％，Mn：1.7％，Mo：0.1％，N：0.05％，Ni：0.1％，Mg：0.1％，Ti：0.1％，Zr：0.05％，S：0.01％，P：0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1350℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為60μm，所述納米涂料按重量配比是由1.5:10的納米材料和耐火骨料進行配料制成，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻2份、碳化硅3份、氮化硼4份、三氧化二鋁6份，所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉10份、鋁礬土粉4份，待合金液完全凝固后，繼續冷卻放置10h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內，向加熱爐通入氬氣使加熱爐中氧含量小于5％，在10min內升溫至900℃，保溫30min，在5min內升溫至950℃，保溫15min，在5min內升溫至1100℃，取出后加入260℃的鹽浴中進行第一次淬火，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀58％和硝酸鈉42％，冷卻至460℃后取出，加入回火爐中升溫至600℃，保溫35min后取出，加入50℃的硅酸鈉水溶液中進行第二次淬火，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.25g/cm3，模數為2.0，冷卻至120℃后取出，加入回火爐中升溫至200℃，保溫10h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料；
其中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石80份、脈石英礦40份、鈉基膨潤土5份、粉煤灰10份、脫硫石膏2份、硅鋁酸鹽5份、鋯英粉6份、氧化鐵粉10份、石墨粉1份、微量元素0.05份、水1份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.5mm，所述脈石英礦的粒度為0.01mm，所述微量元素為W和Mn。
實施例2
本發明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1550℃，保溫20min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1600℃，保溫10min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：2.4％，Si：1.1％，Cr：1.2％，Cu：0.5％，Ca：0.6％，Mn：1.2％，Mo：0.6％，N：0.02％，Ni：0.3％，Mg：0.01％，Ti：0.3％，Zr：0.03％，S：0.04％，P：0.02％，余量為鐵和不可避免的雜質；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1400℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為30μm，所述納米涂料按重量配比是由1.8:10的納米材料和耐火骨料進行配料制成，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻1份、碳化硅5份、氮化硼2份、三氧化二鋁10份，所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉8份、鋁礬土粉6份，待合金液完全凝固后，繼續冷卻放置5h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內，向加熱爐通入氬氣使加熱爐中氧含量小于5％，在15min內升溫至850℃，保溫40min，在1min內升溫至1000℃，保溫10min，在10min內升溫至1050℃，取出后加入320℃的鹽浴中進行第一次淬火，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀52％和硝酸鈉48％，冷卻至400℃后取出，加入回火爐中升溫至680℃，保溫20min后取出，加入90℃的硅酸鈉水溶液中進行第二次淬火，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.05g/cm3，模數為3.0，冷卻至70℃后取出，加入回火爐中升溫至250℃，保溫6h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料；
其中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石100份、脈石英礦20份、鈉基膨潤土20份、粉煤灰5份、脫硫石膏6份、硅鋁酸鹽2份、鋯英粉10份、氧化鐵粉5份、石墨粉3份、微量元素0.01份、水5份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.05mm，所述脈石英礦的粒度為0.05mm，所述微量元素為V和Cr。
實施例3
本發明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1520℃，保溫30min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1580℃，保溫15min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：1.7％，Si：1.5％，Cr：0.8％，Cu：0.7％，Ca：0.4％，Mn：1.6％，Mo：0.2％，N：0.04％，Ni：0.1％，Mg：0.07％，Ti：0.2％，Zr：0.04％，S：0.02％，P：0.01％，余量為鐵和不可避免的雜質；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1380℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為40μm，所述納米涂料按重量配比是由1.6:10的納米材料和耐火骨料進行配料制成，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻1.5份、碳化硅4份、氮化硼3份、三氧化二鋁8份，所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉9份、鋁礬土粉5份，待合金液完全凝固后，繼續冷卻放置7h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內，向加熱爐通入氬氣使電爐中氧含量小于5％，在12min內升溫至880℃，保溫33min，在4min內升溫至960℃，保溫14min，在6min內升溫至1080℃，取出后加入280℃的鹽浴中進行第一次淬火，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀58％和硝酸鈉42％，冷卻至440℃后取出，加入回火爐中升溫至620℃，保溫30min后取出，加入60℃的硅酸鈉水溶液中進行第二次淬火，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.15g/cm3，模數為2.0，冷卻至100℃后取出，加入回火爐中升溫至220℃，保溫8h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料；
其中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石90份、脈石英礦30份、鈉基膨潤土12份、粉煤灰7份、脫硫石膏4份、硅鋁酸鹽3份、鋯英粉8份、氧化鐵粉7份、石墨粉2份、微量元素0.03份、水3份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.1mm，所述脈石英礦的粒度為0.03mm，所述微量元素為Ti和Ni。
實施例4
本發明提出的一種防腐蝕耐磨低鉻合金材料的鑄造方法，包括如下步驟：
S1、熔煉：將生鐵、廢鋼加入熔煉爐中，并加熱至1530℃，保溫35min后加入鉻鐵、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，保溫至完全熔化后加入釩鐵、鈦鐵和硼鐵，升溫至1570℃，保溫16min后加入氮化鉻鐵、鎳鎂、鈦錠和鋯錠，保溫至完全熔化后扒渣，得到熔融合金液，其各元素按重量百分比包括：C：2.2％，Si：1.2％，Cr：1.1％，Cu：0.6％，Ca：0.5％，Mn：1.3％，Mo：0.5％，N：0.03％，Ni：0.2％，Mg：0.03％，Ti：0.3％，Zr：0.03％，S：0.03％，P：0.03％，余量為鐵和不可避免的雜質；
S2、澆注：將S1得到的熔融合金液冷卻至1370℃后澆入表面涂覆有納米涂料的砂型模腔中，所述納米涂料在砂型模腔表面的涂覆厚度為50μm，所述納米涂料按重量配比是由1.7:10的納米材料和耐火骨料進行配料制成，所述納米材料按重量份包括：碳化鉻1.6份、碳化硅4.5份、氮化硼3.5份、三氧化二鋁9份，所述耐火骨料按重量份包括：鋯英粉8.5份、鋁礬土粉5.5份，待合金液完全凝固后，繼續冷卻放置8h后開模，得到鑄件坯體；
S3、熱處理：將S2得到的鑄件坯體加入加熱爐內，向加熱爐通入氬氣使電爐中氧含量小于5％，在14min內升溫至860℃，保溫47min，在2min內升溫至980℃，保溫12min，在8min內升溫至1060℃，取出后加入300℃的鹽浴中進行第一次淬火，所述鹽浴按重量百分比包括：硝酸鉀55％和硝酸鈉45％，冷卻至430℃后取出，加入回火爐中升溫至640℃，保溫28min后取出，加入70℃的硅酸鈉水溶液中進行第二次淬火，所述硅酸鈉水溶液的比重為1.2g/cm3，模數為3.0，冷卻至80℃后取出，加入回火爐中升溫至240℃，保溫7h后出爐空冷，得到所述防腐蝕耐磨低鉻合金材料；
其中，所述砂型模腔中包括具有高熱傳導性能的型芯材料，所述型芯材料的原料按重量份包括：鐵礦石85份、脈石英礦35份、鈉基膨潤土15份、粉煤灰8份、脫硫石膏3份、硅鋁酸鹽4份、鋯英粉7份、氧化鐵粉8份、石墨粉2份、微量元素0.04份、水2份；其中，所述鐵礦石的粒度為0.2mm，所述脈石英礦的粒度為0.02mm，所述微量元素為W、Mn、V和Cr。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。