超高锰钢颚板的研究

贺小杰

（新疆全鑫矿冶机械制造有限公司 乌鲁木齐 830000）

颚式破碎机是冶金、矿山等行业广泛应用的破碎机械，其工作繁重，工作条件苛刻，受力情况复杂。颚板是其主要消耗件，消耗量极大[1]。选择合适的材质和铸造工艺，提高颚板的使用寿命，可以降低矿山企业成本，提高效益。传统的高锰钢（ZGMn13Cr2）的热处理工艺、力学性能和耐磨性已经不能满足要求[2]。近年来，为了进一步提高高锰钢的加工硬化能力，改善其低温条件下的使用性能，人们在现有高锰钢基础上通过适当提高锰含量并加入适当合金元素，研制出超高锰钢，并已在矿山、水泥等行业的破碎机上应用，取得了良好的效果[3]。我厂经过实践，采用超高锰钢（ZGMn18CrMoRe）为新疆某金矿制作颚板，其使用寿命较普通高锰钢提高了2倍。

1 成分设计

（1）碳（C）：提高碳含量可以提高超高锰钢的抗磨性，但相应的其韧性和抗断裂性能会有所降低。兼顾两种性能，取含碳量在1.18%-1.28%之间。

（2）硅（Si）：硅在高锰钢中的作用为脱氧剂，但当硅含量超过0.6%时，会造成高锰钢出现粗晶，碳在奥氏体中的溶解度也会有所降低，尤其是钢的耐磨性和韧性劣化[4]，取含硅量0.3%-0.5%。

（3）锰（Mn）：锰有很好的脱氧能力，能把钢中的FeO还原成铁，改善钢的质量；还可以与硫形成MnS，从而减轻了硫的有害作用。降低钢的脆性，改善钢的热加工性能；锰能大部分溶于铁素体，形成置换固溶体，使铁素体强化提高钢的强度和硬度。颚板在工作时会受到强大的冲击力，可有效激发超高锰钢的冲击硬化特性。相应提高锰碳比例可提高其抗冲击性能和抗磨性，取锰含量17.5%-18.5%。

（4）磷（P）、硫（S）：均为有害元素，过高的硫磷会使高锰钢更容易出现裂纹。可通过控制废钢、合金等原材料的质量是其控制在较低含量。

（5）铬（Cr）：由于铬会在高锰钢水韧处理后溶于奥氏体中，增强其稳定性。因此在超高锰钢中加入适当的铬，可以进一步提高其抗磨性，取铬含量0.3-0.5%。

（6）钼（Mo）：钼可以增加高锰钢的淬透性，但由于钼铁比较昂贵，取含钼量0.4%-0.5%。

（7）稀土（Re）：对钢液进行变质处理，细化晶粒。加入量：0.4%。

最终成分设计如表1

表1 ZGMn18CrMoRe化学成分w （%）

2 制模及涂料

2.1 制模

EPS 泡沫密度选用15kg/m3，缩尺3%，浇注系统采用底注。浇注系统连接完成后跟模样一起刷涂。

2.2 涂料

因高锰钢为碱性，故涂料选用镁砂为骨料的碱性涂料。涂料配比如表2。

3 冶炼

3.1 炉料配比

我厂购入原材料成分如下：

高碳锰铁含锰70%，含碳8%，含硅1.5%；

中碳锰铁含锰70%，含碳1.85%，含硅1.56%；

低碳铬铁含铬60%，含碳0.5%，含硅1.5%；

钼铁含钼量60%；

废钢含碳0.2%，含硅≤0.35%。

1吨成品钢水配比：80kg高碳锰铁、180kg中碳锰铁、25kg低碳铬铁、7.5kg钼铁、707.5kg废钢。按此配比理论含碳量1.116%，含硅量0.7%，含锰量18.2%，含钼量0.45%，含铬量1.5%，熔炼时先加入废钢，融化完成后分多次加入锰铁，然后依次加入钼铁和铬铁，减少贵重金属烧损。熔炼完成后取样炉前光谱化验成分，按表1进行调整，炉前不加硅铁，出钢时通过在包内放入稀土硅进行补硅。出钢前钢液温度应达到1550℃。

3.2 浇注

出炉前将钢包烘烤到400℃，出钢前按照每吨钢液加1kg铝丝和5kg稀土合金放入烤好的钢包中，对钢液进行复合变质处理。（其中稀土合金控制粒度在10-15mm，应装入钢管中，两端封口，让钢液冲向钢管充分沸腾）。浇注前要让钢液镇静5-8分钟，让钢液里面的夹杂物颗粒漂浮起来以后，测钢液温度为1430-1450℃之间时浇注，浇注液面上升至冒口2/3位置时，多次点补冒口。

4 热处理曲线

4.1 水韧处理热处理曲线

如图1。

（1）低温阶段升温速度不宜过快，控制在80℃/h左右，否则容易导致颚板出现裂纹。

图1

（2）1080℃保温完成后，铸件已完成相变，继续升温至1150℃保温一段时间为出炉入水争取时间，铸件出炉后应尽快入水，中间时间控制在2min以内。

4.2 回火处理曲线

如图2。保温时间完成后，拉出空冷。

图2

此次制作的超高锰钢在某金矿投入使用后，较普通高锰钢使用寿命提高了2倍，目前已经在多个矿山推广使用。说明该工艺是可行的，但是在生产过程中，一定要细心，对每一个操作环节严格把控。