低合金耐磨耐冲击衬板在棒磨机上的应用

刘俊生 翟文霞 孙晓永

（安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司，河南安阳455133）

低合金耐磨耐冲击衬板在棒磨机上的应用

刘俊生 翟文霞 孙晓永

（安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司，河南安阳455133）

通过对低合金耐磨耐冲击衬板机械性能的试验研究与分析，提出了合理的化学成分及热处理工艺。经过车间实际生产表明，合理的化学成分及热处理工艺使棒磨机衬板的使用寿命从3个月提高到一年半。

低合金棒磨机衬板

安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司（以下简称安钢）原使用烧结棒磨机衬板为外购高锰钢衬板，在使用过程中发现高锰钢衬板水韧处理不好，衬板耐磨性能未充分发挥，从而出现破碎、断裂等问题，使衬板的使用寿命大大缩短。为此，安钢对棒磨机衬板进行仔细研究分析，同时根据安钢车间现有铸造设备及工艺情况，应用低合金耐磨衬板代替高锰钢衬板。

1 低合金耐磨耐冲击衬板化学成分的选择及确定

选择适当的化学成分是保证铸件获得良好的组织状态和高性能的基本条件，化学成分的选择既要有利于耐磨铸件获得合适的基体组织，以得到所要求的性能；又要考虑化学成分确定后对热处理工艺的影响。在碳钢中适量加入Cr、Mn、Mo、RE等多种合金元素，得到具有较好力学性能和较高硬度的优质耐磨钢材料。经过多次试验，安钢最终选择低合金耐磨衬板的化学成分［1］：w（C）为0.26%～0.35%，w（Si）0.17%～0.37%，w（Mn）为0.5%～0.75%，w（Cr）为0.55%～0.85%，w（Mo）为0.2%～0.3%，w（Ni）为1.50%～1.80%，w（P）≤0.03%，w（S）≤0.03%，w（RE）为0.03%～0.06%。

碳的含量对钢的组织、硬度、耐磨性及力学性能都有很大影响。大量研究表明，对淬火、回火钢而言，当碳量超过共析成分后，与Cr、Mn、Mo等合金元素形成的碳化物固溶于铁素体中强化基体，其含碳量越高抗磨粒磨损的性能越好。但是选择较高的含碳量经淬火后易得到马氏体组织，晶粒较为粗大，在较大冲击载荷下，表面压应力使金属表面产生变形破碎，寿命不长；并且随含碳量的增加，材料的脆性增加，韧性下降，断裂的危险性加大，所以控制碳含量不能过高，应控制w（C）为0.26%～0.35%。

硅在钢中不形成碳化物，只形成固溶体，它在铁素体中的固溶强化作用较强，随硅含量的增加钢的强度和硬度上升，塑性有所下降（超过3%时明显下降）；钢中有少量的硅可减小Fe3C的厚度，细化珠光体；硅还可以提高钢的抗回火性能，但降低钢的塑性和韧性，提高韧脆性转变温度，增大钢在热处理过程中的脱碳倾向。所以只有少量硅才是有益的，应控制w（Si）为0.17%～0.37%。

随着含锰量的增加，强化作用提高，钢的抗拉强度明显增大，当w（Mn）由0.5%增加到1.5%时，钢抗拉强度增加最快。一定量的锰在铁中形成含锰渗碳体（Fe，Mn）C；Mn能扩大奥氏体相区，显著提高钢的淬透性；还能降低共析点的含碳量，在相同的含碳量条件下细化珠光体，大致有10%的锰用于晶粒的细化；还能抑制碳化物在过冷奥氏体晶界上的析出，使钢保持塑性，降低钢的韧—脆性转变温度。由此认为锰能提高钢的淬透性并改善热处理后的微观组织，是耐磨钢中不可缺少的主要合金元素之一。但是锰增大钢的过热敏感性，在稍有过热的情况下，就会发生晶粒粗化，给生产控制带来困难，同时还增加回火脆性。经大量试验，认为应控制w（Mn）在0.5%～0.75%的范围内比较合适。

铬既能固溶于铁素体起到固溶强化作用，又能与钢的碳化物形成多种合金碳化物。铬与碳的结合能力大于Fe和Mn，可在渗碳体中置换部分铁原子而形成含铬合金渗碳体（Fe，Cr）C，当钢中含铬较多时可以形成复杂型碳化物，在钢中弥散分布，起到沉淀强化作用。铬固溶于奥氏体中，提高钢的淬透性，使钢在热处理条件下强度、硬度都有所提高，w（Cr）不超过2%时对韧性影响不大，这是铬的独特优点，在多种钢中得到广泛应用。但它会增大钢的回火脆性，一般控制w（Cr）为0.55%～0.85%。

钼能固溶于铁素体和奥氏体中形成碳化物，使钢的等温转变曲线右移，因此，钼在钢中能提高基体的强度和硬度，增加淬透性，特别是能提高钢的回火稳定性，降低回火脆性，减轻或抵消其他元素对材质脆性的有害作用。但钼是贵重金属，对成本影响很大。根据衬板结构及厚度，应控制w（Mo）为0.2%～0.3%。

镍和碳不形成碳化物，和铁以互溶的形式存在于钢中的α相和γ相中，使之强化，并通过细化相的晶粒改善钢的低温性能，强烈稳定奥氏体，提高钢的淬透性而不降低钢的韧性。镍也是具有一定抗腐蚀能力的元素，对酸、碱、盐以及大气都具有一定的抗腐蚀能力，但价格昂贵，只能根据耐磨零件的大小及工矿条件来确定，通常镍的加入量应为w（Ni）=1.5%～1.8%。

加入适量稀土复合变质剂对钢进行孕育处理，可使钢的晶粒细化，夹杂物均匀弥散分布,形状以球形为主，减弱了夹杂物对钢的基体的割裂作用，从而提高钢的综合机械性能特别是冲击韧性。变质剂加入过量后，虽然钢的晶粒可进一步细化，但钢中夹杂物数量增加过多，导致钢的韧性反而降低，所以应控制w（RE）为0.03%～0.06%。

P和S均是有害元素，在钢中易形成晶界夹杂物，增加钢的脆性，增加铸件在铸造和热处理过程中的开裂倾向。因此w（P）或w（S）均要求小于0.03%。

2 低合金耐磨耐冲击衬板的热处理工艺试验

2.1 试验方法和结果

在生产条件下用0.5t中频感应电炉中进行熔炼，按成分要求进行配料，金属炉料称量后按次序装炉。1580～1600℃出炉，在浇包中用铝脱氧，于1540～1580℃浇铸衬板及楔型试块，退火后将楔型试块加工成10mm×10mm×55mm试样。冲击试验在JB－30A型冲击试验机上进行，硬度试验在HRC150洛氏硬度计上进行，用光学显微镜观察其金相组织。

将试样分别进行不同的热处理工艺试验后，测得其硬度和冲击韧性结果见表1和图1。试样经空冷淬火和回火后的金相组织为回火马氏体+少量残余奥氏体+少量碳化物（见图2）。

表1 试样硬度及冲击韧性值

图1 热处理工艺对硬度和冲击韧性的影响

图2 热处理后组织×400

2.2 分析与讨论

分析表1和图1结果可知。单纯淬火时，冷却速度越快，则钢的硬度越高，而冲击韧性越低，其中冲击韧性对冷却速度的敏感度更大；再进行回火处理后，钢的硬度有所降低，但不同的回火处理工艺对硬度的影响不大；回火处理后，钢的冲击韧性显著提高，但当回火温度为250℃左右时，韧性最高，回火温度提高到350℃以后，韧性反而降低，出现回火脆性现象；采用空冷淬火＋250℃回火热处理工艺时，钢的冲击韧性最高达43.1J/cm2，硬度HRC达53.5，综合机械性能最优。

钢的机械性能决定于它的化学成分和金相组织。图2的金相组织表明：这种低合金钢热处理后的组织以回火马氏体为主，兼有少量残余奥氏体和少量碳化物。马氏体组织和碳化物的硬度和强度大，奥氏体的韧性和塑性高。采用稀土进行变质处理后钢的晶粒尺寸、夹杂物形态及分布均得到明显改善。正是这些因素使钢的硬度和冲击韧性均获得了良好的结果。

3 应用效果

用试验选定的化学成分和热处理工艺，生产的低合金耐磨耐冲击衬板，在安钢永通公司烧结棒磨机上应用，取得了良好的应用效果。公司原用衬板平均使用寿命在3个月～1年，且经常因衬板变形、破碎、断裂等问题，造成拆卸极为困难，无法满足正常生产要求。自开始应用低合金耐磨衬板后，平均寿命为一年半，比原用高锰钢寿命提高2倍以上，大大减少了停机检修次数，降低了生产的综合成本。

4 结论

（1）在碳钢中适量加入Cr，Mn，Mo，Re等多种合金元素，得到具有较好力学性能和较高硬度的优质耐磨钢材料。该材料铸造、热处理工艺性能较好，适合砂型铸造工艺，热处理工艺易于控制。

（2）低合金耐磨耐冲击衬板经空冷淬火和低温回火后硬度HRC达53.5以上，冲击韧性аk达43.1J/cm2以上。在烧结棒磨机筒体衬板上的应用收到良好效果，使用寿命比原用的高锰钢衬板提高1.5～2.0倍。

［1］杜西灵,杜磊.钢铁耐磨铸件铸造技术［M］.广州：广东科技出版社，2006.

（编辑：胡玉香）

Application of Wear and Im pact Resistance Liner of Lowally in Grinding M achine

LIU Junsheng ZHAIWenxia SUN Xiaoyong
（An-gang Group Yongtong Cast Pipe Co.Ltd.,Anyang 455133,China）

Combining with the practice production in our department,through the research and analysis of the wear and impact resistance liner of low-alloy in machine performance,this paper affords reasonable chemical component and heart treatment,prolonging the service life from three months to one year and a half.

low-alloy，grindingmachine，liner

book=27,ebook=71

TG132.3

A

2010-03-08

刘俊生（1979-），男，现安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司负责铸造生产工作，助理工程师。Tel：13783814230，E-mail：zays007007@163.com

1672-1152（2010）02-0017-03