破碎機耐磨套用高強韌CA15鋼的錳鎳鉬復合微合金化研制

（江蘇星源電站冶金設備制造有限公司，江蘇靖江 214537）

1.CA15耐磨耐蝕鋼的工況條件及研制意義

破碎機被廣泛用于化工、環保、冶金、礦山、煤炭、水利、電力和建材等行業。在大型煤化工廠、發電廠和水泥廠中，用于破碎粉磨的生產費用通常占全部費用的30%以上，為了提高破碎效率、減少粉塵、節能環保以及便于維修，當前石灰石破碎技術正朝著大型化高效能綠色環保方向發展，對破碎機的使用壽命和工作的連續性要求越來越高。耐磨套是輥式破碎機上的關鍵零件，是保證連續高效節能生產的重要部件。耐磨套一般采用CA15鋼，長期處于破碎礦物的沖擊、磨損，同時還會受到來自物料的腐蝕，在使用過程中因受沖擊磨損導致變形和出現顯微裂紋，使耐磨性變差，并導致開裂或斷裂失效，無法長期穩定運行。另外，耐磨套工作環境惡劣，有必要對其進行深入研究，特別是材料的耐沖擊性能、耐磨和耐蝕性能。CA15屬馬氏體型耐熱鋼，材料成分范圍窄，其中材料性能對碳元素的含量敏感，熱處理工藝對鑄件性能影響大，實際生產表明，磨輥/擠壓輥的使用壽命問題已成為制約水泥行業發展的主要因素。研制錳鎳鉬復合微合金化高強韌CA15耐磨耐蝕鋼，提高了產品性價比，擴大了產品種類，為裝配制造業生產高端成套設備及配件，實現高端大型裝備關鍵耐磨耐蝕部件及設備的自主化生產，解決大型裝備關鍵耐蝕耐磨部件生產技術難題，提高裝備的使用壽命，提升我國制造業整體競爭力，滿足我國機械裝備快速發展對關鍵耐蝕耐磨部件的重大需求，市場前景廣闊，具有重要的戰略意義和顯著的經濟價值，為我國的可持續發展和“綠色經濟”作出了應有的貢獻[1-3]。

2.CA15鋼的錳鎳鉬復合微合金化技術路線

本研究采用圖1的技術路線，優化材料成分后熔煉并鑄造成型，進行微觀組織分析，包括OX、SEM、EDS等，并優化熱處理制度，進行力學性能測試、耐磨及耐蝕性能測試，最后優化工藝參數，進行中試，奠定產業化基礎。

圖1 研究的技術路線

3.CA15鋼錳鎳鉬復合微合金化的組織分析

圖2是按圖1所示技術路線制備的錳鎳鉬復合微合金化CA15鋼的OX圖。

圖2 CA15微合金化鋼OX

從圖2中可以看出，經過錳鎳鉬復合微合金化后，材料的顯微組強明顯變得致密，顯微裂紋大大減少，經鹽霧腐蝕試驗，表明樣品的耐蝕性提高。而且，顯微裂紋的減少還有利于提高產品的耐磨性能及耐沖擊性能，其沖擊吸收能量值大大提高，有效延長了產品的使用周期。

圖3是CA15微合金化鋼SEM，圖4是圖3中隨機選取的某處的點掃描EDS。

從圖3中可以看出，組織為大量的針狀馬氏體，各種組織缺陷明顯減少，這是因為錳鎳鉬的加入，對CA15鋼進行了微合金化，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，而且強烈降低馬低體轉變溫度和鋼中的相變速度，增加了殘留奧氏體含量，使鋼的調質組織均勻細化，避免了碳化物的聚集成塊[4]。鎳可以與能無限固溶，降低了元素的擴散速率，提高了淬透性，有效改善了鋼的強度和韌性，而且鎳元素的加入，可有效減小裂紋產生的傾向。另外鎳本身即是一種耐腐蝕元素，它的加入，對提高CA15微合金化鋼的耐蝕性有極大的幫助[5]。鉬提高了碳化物的穩定性，從而提高了鋼的耐磨性能，并且鉬還能有效提高鋼的延展性和韌性[6]。

圖3 C15A微合金化鋼SEM

圖4 點掃描EDS

圖5 線掃描

從圖4中可以看出，錳、鎳、鉬元素的加入量很小，但起到了強烈的微合金化作用。圖5是圖3中隨機選取的某處的線掃描圖線，圖6是圖3的面掃描圖譜。

圖6 面掃描

圖5中由下至上分別為碳、錳、鎳、鉬、鉻、鐵的圖譜，圖6中的a、b、c、d、e、f分別表示碳、鉻、錳、鐵、鎳、鉬的分布情況。從圖5和圖6中可以看出，元素分布均勻，避免了夾雜及不規則大塊碳化物的生成，對提高CA15鋼的力學性能非常有利，而且大幅度提高了產品的耐腐蝕性能。

4.結論

在CA15鋼中添加少量的錳、鎳、鉬元素，對CA15鋼進行微合金化，減小了顯微裂紋產生的傾向，避免了產品使用過程中的開裂或斷裂失效現象的發生，促進了元素的分布均勻，有效改善了鋼的強度和硬度，提高了耐沖擊性能、耐磨和耐蝕性能。用本研究制備的耐磨套可以適應惡劣的工作環境，延長了工件的使用周期，提高了經濟效益。