高铬铸铁具有良好的高温抗磨性、足够的强韧性和一定的机械加工性，而且成本较低，熔制较易。导板是TZC200锥形穿孔机的关键易损零件，在轧制不锈钢管过程中具有导入坯料和护卫作用，其工作面接触温度为1100e1200e，同时承受炽热钢坯的冲击、摩擦和挤压以及冷却水周期性激冷，并且需要进行机械加工。据调查，国内同类引进设备的导板所采用的材质多为高镍铬钢，价格昂贵，但使用效果并不理想。高铬铸铁与高镍铬钢相比，具有成本较低，熔制较易等优点，多数用于要求热稳定性而对热强性要求较低的服役条件。根据导板苛刻的工况，我们决定采用含有少量镍的高铬铸铁作其材质，因此进行了耐高温、抗磨并可切削加工的高铬铸铁导板的研制工作。

　　材质选用与化学成分设计,材质选用高铬耐热铸铁的化学成分、力学性能和耐热温度，可见，RTCr-34的耐热温度和综合力学性能较好，但其高温度强度和抗热冲击能力必须提高，方可在导板工况下使用。

　　化学成分设计碳和铬：由Fe-C-Cr三元系液相面投影图可知，当碳、铬含量在RTCr-34的范围内时，凝固过程中将不经过共析转变而直接析出A铁素体，因而反复的加热冷却过程中没有相变发生，产生变形及龟裂的危险性很小，同时由于在A铁素体中固溶了大量的铬，故具有优良的抗氧化抗生长性能。高铬铸铁的耐磨性是Cr和C共同作用的结果，在Cr含量一定时，随C含量增加，碳化物数量增加，合金的硬度增高，而韧性降低；当C含量一定时，随Cr含量增加，共晶碳化物的类型由C逐步转6.可见通过调整Cr/C比值，可以控制合金的硬度和韧性以及机械加工性能。

　　为避免组织中出现长条状和大块状的初生碳化物，恶化合金的力学性能，碳当量应为亚共晶成分，即S<1.由于导板需要机械加工，故应适当减少碳化物数量，尽量将含碳量调整在下限。但是Si量增加，使铁素体基体中的C含量减少，会导致共晶碳化物增多，并形成硬而脆的Cr化合金的力学性能，尤其是韧性。因此在Cr量足够的情况下，Si量应尽量降低。但在实际生产中很难将硅控制在很低的范围。

　　锰和镍：锰属于扩大C区的元素，能使C成为室温稳定组织，不利于形成铁素体基体。但是锰有中和硫的作用。镍也属于扩大C区的元素，具有在铸态下形成C稳定组织的作用，故一般在高铬铸铁中不加入镍。但是，Ni具有固溶强化作用，能够提高高温强度和硬度，并可抑制R脆性相形成，从而改善综合力学性能，尤其是韧性。

　　其它元素：钛是强列形成碳化物的元素，能与氧、氮形成稳定的化合物，通常以细小的颗粒状态存在于铸铁中，可以作为凝固时的晶核，有效地细化组织，提高力学性能和耐磨性。稀土可以改善碳化物和夹杂物的形态与分布，净化铁水，提高其流动性。铝细化晶粒，提高抗氧化性，有利于碳化物的块状化及球化，故能提高耐磨性。磷和硫作为有害元素应该尽量降低其含量。

　　综上所述，导板用高铬铸铁的化学成分应控制在如下范围：试样制备及试验方法参照耐热铸钢件标准，设置壁厚为30mm的Y形试块，在同一试块底部位置切取抗拉试样一根和冲击试样两块（并排）。抗拉试验按照金属拉力试验方法，试样为<14mm；高温抗拉试验按照金属高温拉伸试验方法，试样为<10mm；冲击试验按照金属常温冲击韧性试验方法，采用55mm@10mm@10mm无缺口试样；硬度值在冲击试样上测定，按照金属布氏硬度试验方法；化学分析及取样按照钢铁及合金化学分析方法之规定进行。

　　熔炼工艺工艺试验与试制用铁水分别在150kg中频和1.5t工频电炉中熔炼。炉料为Q12生铁、废钢，碳素及低碳铬铁、镍板，混合稀土合金，碳素锰铁，钛铁和纯铝块。熔炼温度为1460e1500e，在熔炼后期均采用锰铁和铝片脱氧；浇注温度为1390e2.3热处理工艺C垂直截面相图可知，在上述设计的C、Cr范围内，合金的平衡组织应以A+C型初生或共晶碳化物为主，但在625e左右还可能出现R硬脆相，使合金的力学性能特别是冲击韧性大为降低。为了消除R相，除了添加阻止R形成元素如镍以外，还应采取固溶化热处理方法.因此对比试验了二种热处理工艺：1050e固溶处理（空冷）+550e回火处铸造设备研究火空冷+550e回火。为了避免475e缓冷脆性，上述工艺均采用高温回火以消除应力。

　　铸造工艺导板铸铁共三种，各二件。按照机械加工工艺要求采用两件合铸。最大铸铁导板3的轮廓尺寸为cm，铸造工艺。其特点：顶部设置冒口并辅以外冷铁，形成自下而上的顺序凝固；采用底注半封闭式浇注系统，保证平稳无夹杂浇注；砂芯溃散性较好并严格控制冷却时间，避免热裂缺陷；采用石墨和锆英粉双层涂料，以防止粘砂。

　　高铬铸铁不锈钢管轧机导板的研制编号热处理状态室温力学性能高温力学性能（900e）数值分析铸态注：ò为上述二种热处理工艺规范：冲击韧度为两个试样的平均值；用Cr/Ni近似代替Cr当量比。化学成分对组织、性能及机械加工性的影响第一炉C、Cr含量较高。按式1-式3计算得知，碳当量为过共晶成分，碳化物数量较多。其铸态组织为初生碳化物（C）+共晶莱氏大部分呈孤立分布的条块状，显微硬度为HV935；共晶Le呈黑白相间的块状，HV510；共晶A铁素基体呈灰色，HV320.由于合金的脆性较大，机加工性能较差，尖角成形困难，刀具磨损严重。

　　第二炉为略亚共晶成分，碳化物数量中等。其铸态组织为初生A+共晶Le.初生A的硬度降低到HV280；菊花状共晶Le共晶团细小，硬度提高到HV620，与加入Ti和Re有关。与第一炉比较，R有较大幅度的提高，A也有所改善。因此加工性能较好，再未发生/嘣角0现象，刀具磨损程度减轻。第三炉C、Cr含量较低，而Si量较高，为亚共晶成分，碳化物数量较少。如图3（c）所示，其铸态组织为A+少量奥氏体（C）+共晶Le，A和共晶Le的硬度分别为HV300与HV710.由于共晶底较小，故组织中A数量较多并呈块状分布，而共晶碳化物较硬，因此抗接强度、韧性和硬度较低。

　　铸造设备研究可知，略亚共晶成分合金的综合性能明显优于亚共晶和过共晶成分合金的综合性能。由于Re和Al，该类合金的A基本显微硬度很高，室温抗拉强度和硬度以及高温强度都显著高于高铬耐热铸铁。但是在亚共晶成分时，铸态即已出现少量C组织，经过热处理后转变成多相组织，不再是A单一基体。这是因为根据A/C稳定化参数，Cr在高温区是稳定A的元素，而在低温区则变成了稳定C的元素。故加入扩大C区的Ni和缩小C区的Cr都可使Ms点降低，对C起强烈的稳定化作用。综合考虑，该事金的Sc、Cr/C和Cr/Ni应而且在股役过程中需进一步优化成分，以提高使用寿命和经济性。

　　热处理对组织、性能及机械加工性的影响试验证明，C型碳化物在加热到很高的温度时也不发生分解，A铁素体为高温组织，冷却过程中不发生相变。故经过上述热处理后，金相组织与铸态相比无明显变化.而热处理状态的力学性能比铸态出现明显变化：第一炉R提高、A降低，HB降低；第二炉R和HB降低，R提高；第三炉R和HB提高，A降低。

　　比较而言，热处理后铸件A提高、HB降低对切削加工有利，第二种热处理工艺的性能优于第一种热处理。第三炉在热处理后，A铁素体基体中的C发生了相变，成为由B、M和残余C等组成的混合组织，故硬度由HV300提高到HV46HV600.由此可见，这类高铬铸铁的热处理组织转变相当复杂，当化学成分改变时，与之相适应的热处理工艺也须调整。

　　以上加入Ni的高铬铸铁，其C区扩大，仅根据Fe-C-Cr三元系水平截面相图即可看出，在1三相区，在850e保温的平衡组织也接近该三相区，因此存在C相的可能性很大。试验证明，即使在800e保温，C也依然存在。

　　因此，Ni含量和Cr/Ni的选择很关键。显然出现上述多相组织对耐热性能及机械加工是不利的。但是，由于导板铸件在股役时，仅是表面与高温钢坯接触且时间仅约14s，以上不稳定组织来不及转变。

　　而且其基体仍以A为主，所以对使用性能的影响不大。经过1050e固溶处理R相固溶在A中，在高温下进行空冷，使其来不及析出；在550e回火，避免了再度产生R相和475e缓冷脆性。固溶处理后缓冷800e850e退火空冷，可以进一步改善综合性能。实践证明，上述处理工艺可以提高高铬耐热铸铁的强韧性和切削加工性，但是退火温度须经过试验确定，为进一步降低硬度，可在更高一些温度回火处理。

　　结论0.4%Ti的高铬铸铁，经过加入Re元素变质处理后，具有良好的高温抗磨性、足够的强韧性及一定的切削加工性：R；机械加工后的尺寸精度和光洁度均能满足设计要求。因而可以作为不锈钢管轧机的导板材质，在1100e1200e温度并有一定抗磨性及热冲击要求的工况下使用。该高铬铸铁的化学成分应控制在S=0.9%1.0%.Cr/=7.59.0，其组织最好是单相铁素体基体+M型碳化物。但是铸态很难达到上述平衡组织，而在A为主的基体中存在少量的B、M和残余C混合组织，对导板使用性能的影响不大。

　　2）该高铬铸铁一般应经过热处理后进行机械加工和使用。采用1050e固溶（炉冷）+800e850e退火空冷+550e回火的热处理工艺，可以消除R硬脆相和铸造应力，改善合金的韧性及切削加工性能。由于该合金的铸造性能和导热性较差，易产生热裂等缺陷，铸造时必须采取有效的工艺措施。鉴于其切削加工性较差，为降低成本，成批生产时应尽量选择实型铸造等少、无切削精铸工艺。