低合金耐磨耐沖擊襯板在棒磨機上的應用

劉俊生 翟文霞 孫曉永

（安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司，河南安陽455133）

低合金耐磨耐沖擊襯板在棒磨機上的應用

劉俊生 翟文霞 孫曉永

（安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司，河南安陽455133）

通過對低合金耐磨耐沖擊襯板機械性能的試驗研究與分析，提出了合理的化學成分及熱處理工藝。經過車間實際生產表明，合理的化學成分及熱處理工藝使棒磨機襯板的使用壽命從3個月提高到一年半。

低合金棒磨機襯板

安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司（以下簡稱安鋼）原使用燒結棒磨機襯板為外購高錳鋼襯板，在使用過程中發現高錳鋼襯板水韌處理不好，襯板耐磨性能未充分發揮，從而出現破碎、斷裂等問題，使襯板的使用壽命大大縮短。為此，安鋼對棒磨機襯板進行仔細研究分析，同時根據安鋼車間現有鑄造設備及工藝情況，應用低合金耐磨襯板代替高錳鋼襯板。

1 低合金耐磨耐沖擊襯板化學成分的選擇及確定

選擇適當的化學成分是保證鑄件獲得良好的組織狀態和高性能的基本條件，化學成分的選擇既要有利于耐磨鑄件獲得合適的基體組織，以得到所要求的性能；又要考慮化學成分確定后對熱處理工藝的影響。在碳鋼中適量加入Cr、Mn、Mo、RE等多種合金元素，得到具有較好力學性能和較高硬度的優質耐磨鋼材料。經過多次試驗，安鋼最終選擇低合金耐磨襯板的化學成分［1］：w（C）為0.26%～0.35%，w（Si）0.17%～0.37%，w（Mn）為0.5%～0.75%，w（Cr）為0.55%～0.85%，w（Mo）為0.2%～0.3%，w（Ni）為1.50%～1.80%，w（P）≤0.03%，w（S）≤0.03%，w（RE）為0.03%～0.06%。

碳的含量對鋼的組織、硬度、耐磨性及力學性能都有很大影響。大量研究表明，對淬火、回火鋼而言，當碳量超過共析成分后，與Cr、Mn、Mo等合金元素形成的碳化物固溶于鐵素體中強化基體，其含碳量越高抗磨粒磨損的性能越好。但是選擇較高的含碳量經淬火后易得到馬氏體組織，晶粒較為粗大，在較大沖擊載荷下，表面壓應力使金屬表面產生變形破碎，壽命不長；并且隨含碳量的增加，材料的脆性增加，韌性下降，斷裂的危險性加大，所以控制碳含量不能過高，應控制w（C）為0.26%～0.35%。

硅在鋼中不形成碳化物，只形成固溶體，它在鐵素體中的固溶強化作用較強，隨硅含量的增加鋼的強度和硬度上升，塑性有所下降（超過3%時明顯下降）；鋼中有少量的硅可減小Fe3C的厚度，細化珠光體；硅還可以提高鋼的抗回火性能，但降低鋼的塑性和韌性，提高韌脆性轉變溫度，增大鋼在熱處理過程中的脫碳傾向。所以只有少量硅才是有益的，應控制w（Si）為0.17%～0.37%。

隨著含錳量的增加，強化作用提高，鋼的抗拉強度明顯增大，當w（Mn）由0.5%增加到1.5%時，鋼抗拉強度增加最快。一定量的錳在鐵中形成含錳滲碳體（Fe，Mn）C；Mn能擴大奧氏體相區，顯著提高鋼的淬透性；還能降低共析點的含碳量，在相同的含碳量條件下細化珠光體，大致有10%的錳用于晶粒的細化；還能抑制碳化物在過冷奧氏體晶界上的析出，使鋼保持塑性，降低鋼的韌—脆性轉變溫度。由此認為錳能提高鋼的淬透性并改善熱處理后的微觀組織，是耐磨鋼中不可缺少的主要合金元素之一。但是錳增大鋼的過熱敏感性，在稍有過熱的情況下，就會發生晶粒粗化，給生產控制帶來困難，同時還增加回火脆性。經大量試驗，認為應控制w（Mn）在0.5%～0.75%的范圍內比較合適。

鉻既能固溶于鐵素體起到固溶強化作用，又能與鋼的碳化物形成多種合金碳化物。鉻與碳的結合能力大于Fe和Mn，可在滲碳體中置換部分鐵原子而形成含鉻合金滲碳體（Fe，Cr）C，當鋼中含鉻較多時可以形成復雜型碳化物，在鋼中彌散分布，起到沉淀強化作用。鉻固溶于奧氏體中，提高鋼的淬透性，使鋼在熱處理條件下強度、硬度都有所提高，w（Cr）不超過2%時對韌性影響不大，這是鉻的獨特優點，在多種鋼中得到廣泛應用。但它會增大鋼的回火脆性，一般控制w（Cr）為0.55%～0.85%。

鉬能固溶于鐵素體和奧氏體中形成碳化物，使鋼的等溫轉變曲線右移，因此，鉬在鋼中能提高基體的強度和硬度，增加淬透性，特別是能提高鋼的回火穩定性，降低回火脆性，減輕或抵消其他元素對材質脆性的有害作用。但鉬是貴重金屬，對成本影響很大。根據襯板結構及厚度，應控制w（Mo）為0.2%～0.3%。

鎳和碳不形成碳化物，和鐵以互溶的形式存在于鋼中的α相和γ相中，使之強化，并通過細化相的晶粒改善鋼的低溫性能，強烈穩定奧氏體，提高鋼的淬透性而不降低鋼的韌性。鎳也是具有一定抗腐蝕能力的元素，對酸、堿、鹽以及大氣都具有一定的抗腐蝕能力，但價格昂貴，只能根據耐磨零件的大小及工礦條件來確定，通常鎳的加入量應為w（Ni）=1.5%～1.8%。

加入適量稀土復合變質劑對鋼進行孕育處理，可使鋼的晶粒細化，夾雜物均勻彌散分布,形狀以球形為主，減弱了夾雜物對鋼的基體的割裂作用，從而提高鋼的綜合機械性能特別是沖擊韌性。變質劑加入過量后，雖然鋼的晶粒可進一步細化，但鋼中夾雜物數量增加過多，導致鋼的韌性反而降低，所以應控制w（RE）為0.03%～0.06%。

P和S均是有害元素，在鋼中易形成晶界夾雜物，增加鋼的脆性，增加鑄件在鑄造和熱處理過程中的開裂傾向。因此w（P）或w（S）均要求小于0.03%。

2 低合金耐磨耐沖擊襯板的熱處理工藝試驗

2.1 試驗方法和結果

在生產條件下用0.5t中頻感應電爐中進行熔煉，按成分要求進行配料，金屬爐料稱量后按次序裝爐。1580～1600℃出爐，在澆包中用鋁脫氧，于1540～1580℃澆鑄襯板及楔型試塊，退火后將楔型試塊加工成10mm×10mm×55mm試樣。沖擊試驗在JB－30A型沖擊試驗機上進行，硬度試驗在HRC150洛氏硬度計上進行，用光學顯微鏡觀察其金相組織。

將試樣分別進行不同的熱處理工藝試驗后，測得其硬度和沖擊韌性結果見表1和圖1。試樣經空冷淬火和回火后的金相組織為回火馬氏體+少量殘余奧氏體+少量碳化物（見圖2）。

表1 試樣硬度及沖擊韌性值

圖1 熱處理工藝對硬度和沖擊韌性的影響

圖2 熱處理后組織×400

2.2 分析與討論

分析表1和圖1結果可知。單純淬火時，冷卻速度越快，則鋼的硬度越高，而沖擊韌性越低，其中沖擊韌性對冷卻速度的敏感度更大；再進行回火處理后，鋼的硬度有所降低，但不同的回火處理工藝對硬度的影響不大；回火處理后，鋼的沖擊韌性顯著提高，但當回火溫度為250℃左右時，韌性最高，回火溫度提高到350℃以后，韌性反而降低，出現回火脆性現象；采用空冷淬火＋250℃回火熱處理工藝時，鋼的沖擊韌性最高達43.1J/cm2，硬度HRC達53.5，綜合機械性能最優。

鋼的機械性能決定于它的化學成分和金相組織。圖2的金相組織表明：這種低合金鋼熱處理后的組織以回火馬氏體為主，兼有少量殘余奧氏體和少量碳化物。馬氏體組織和碳化物的硬度和強度大，奧氏體的韌性和塑性高。采用稀土進行變質處理后鋼的晶粒尺寸、夾雜物形態及分布均得到明顯改善。正是這些因素使鋼的硬度和沖擊韌性均獲得了良好的結果。

3 應用效果

用試驗選定的化學成分和熱處理工藝，生產的低合金耐磨耐沖擊襯板，在安鋼永通公司燒結棒磨機上應用，取得了良好的應用效果。公司原用襯板平均使用壽命在3個月～1年，且經常因襯板變形、破碎、斷裂等問題，造成拆卸極為困難，無法滿足正常生產要求。自開始應用低合金耐磨襯板后，平均壽命為一年半，比原用高錳鋼壽命提高2倍以上，大大減少了停機檢修次數，降低了生產的綜合成本。

4 結論

（1）在碳鋼中適量加入Cr，Mn，Mo，Re等多種合金元素，得到具有較好力學性能和較高硬度的優質耐磨鋼材料。該材料鑄造、熱處理工藝性能較好，適合砂型鑄造工藝，熱處理工藝易于控制。

（2）低合金耐磨耐沖擊襯板經空冷淬火和低溫回火后硬度HRC達53.5以上，沖擊韌性аk達43.1J/cm2以上。在燒結棒磨機筒體襯板上的應用收到良好效果，使用壽命比原用的高錳鋼襯板提高1.5～2.0倍。

［1］杜西靈,杜磊.鋼鐵耐磨鑄件鑄造技術［M］.廣州：廣東科技出版社，2006.

（編輯：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

劉俊生（1979-），男，現安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司負責鑄造生產工作，助理工程師。Tel：13783814230，E-mail：zays007007@163.com

1672-1152（2010）02-0017-03