低合金耐磨耐沖擊襯板在棒磨機(jī)上的應(yīng)用

劉俊生 翟文霞 孫曉永

（安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司，河南安陽(yáng)455133）

低合金耐磨耐沖擊襯板在棒磨機(jī)上的應(yīng)用

劉俊生 翟文霞 孫曉永

（安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司，河南安陽(yáng)455133）

通過對(duì)低合金耐磨耐沖擊襯板機(jī)械性能的試驗(yàn)研究與分析，提出了合理的化學(xué)成分及熱處理工藝。經(jīng)過車間實(shí)際生產(chǎn)表明，合理的化學(xué)成分及熱處理工藝使棒磨機(jī)襯板的使用壽命從3個(gè)月提高到一年半。

低合金棒磨機(jī)襯板

安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱安鋼）原使用燒結(jié)棒磨機(jī)襯板為外購(gòu)高錳鋼襯板，在使用過程中發(fā)現(xiàn)高錳鋼襯板水韌處理不好，襯板耐磨性能未充分發(fā)揮，從而出現(xiàn)破碎、斷裂等問題，使襯板的使用壽命大大縮短。為此，安鋼對(duì)棒磨機(jī)襯板進(jìn)行仔細(xì)研究分析，同時(shí)根據(jù)安鋼車間現(xiàn)有鑄造設(shè)備及工藝情況，應(yīng)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(xué)成分的選擇及確定

選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分是保證鑄件獲得良好的組織狀態(tài)和高性能的基本條件，化學(xué)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(xué)成分確定后對(duì)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(xué)性能和較高硬度的優(yōu)質(zhì)耐磨鋼材料。經(jīng)過多次試驗(yàn)，安鋼最終選擇低合金耐磨襯板的化學(xué)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(duì)鋼的組織、硬度、耐磨性及力學(xué)性能都有很大影響。大量研究表明，對(duì)淬火、回火鋼而言，當(dāng)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(qiáng)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(jīng)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(yīng)力使金屬表面產(chǎn)生變形破碎，壽命不長(zhǎng)；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(xiǎn)性加大，所以控制碳含量不能過高，應(yīng)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(qiáng)化作用較強(qiáng)，隨硅含量的增加鋼的強(qiáng)度和硬度上升，塑性有所下降（超過3%時(shí)明顯下降）；鋼中有少量的硅可減小Fe3C的厚度，細(xì)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(zhuǎn)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(yīng)控制w（Si）為0.17%～0.37%。

隨著含錳量的增加，強(qiáng)化作用提高，鋼的抗拉強(qiáng)度明顯增大，當(dāng)w（Mn）由0.5%增加到1.5%時(shí)，鋼抗拉強(qiáng)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(kuò)大奧氏體相區(qū)，顯著提高鋼的淬透性；還能降低共析點(diǎn)的含碳量，在相同的含碳量條件下細(xì)化珠光體，大致有10%的錳用于晶粒的細(xì)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(zhuǎn)變溫度。由此認(rèn)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(huì)發(fā)生晶粒粗化，給生產(chǎn)控制帶來困難，同時(shí)還增加回火脆性。經(jīng)大量試驗(yàn)，認(rèn)為應(yīng)控制w（Mn）在0.5%～0.75%的范圍內(nèi)比較合適。

鉻既能固溶于鐵素體起到固溶強(qiáng)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(jié)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(dāng)鋼中含鉻較多時(shí)可以形成復(fù)雜型碳化物，在鋼中彌散分布，起到沉淀強(qiáng)化作用。鉻固溶于奧氏體中，提高鋼的淬透性，使鋼在熱處理?xiàng)l件下強(qiáng)度、硬度都有所提高，w（Cr）不超過2%時(shí)對(duì)韌性影響不大，這是鉻的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在多種鋼中得到廣泛應(yīng)用。但它會(huì)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(zhuǎn)變曲線右移，因此，鉬在鋼中能提高基體的強(qiáng)度和硬度，增加淬透性，特別是能提高鋼的回火穩(wěn)定性，降低回火脆性，減輕或抵消其他元素對(duì)材質(zhì)脆性的有害作用。但鉬是貴重金屬，對(duì)成本影響很大。根據(jù)襯板結(jié)構(gòu)及厚度，應(yīng)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(qiáng)化，并通過細(xì)化相的晶粒改善鋼的低溫性能，強(qiáng)烈穩(wěn)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(duì)酸、堿、鹽以及大氣都具有一定的抗腐蝕能力，但價(jià)格昂貴，只能根據(jù)耐磨零件的大小及工礦條件來確定，通常鎳的加入量應(yīng)為w（Ni）=1.5%～1.8%。

加入適量稀土復(fù)合變質(zhì)劑對(duì)鋼進(jìn)行孕育處理，可使鋼的晶粒細(xì)化，夾雜物均勻彌散分布,形狀以球形為主，減弱了夾雜物對(duì)鋼的基體的割裂作用，從而提高鋼的綜合機(jī)械性能特別是沖擊韌性。變質(zhì)劑加入過量后，雖然鋼的晶?？蛇M(jìn)一步細(xì)化，但鋼中夾雜物數(shù)量增加過多，導(dǎo)致鋼的韌性反而降低，所以應(yīng)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(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法和結(jié)果

在生產(chǎn)條件下用0.5t中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，按成分要求進(jìn)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(yàn)在JB－30A型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，硬度試驗(yàn)在HRC150洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行，用光學(xué)顯微鏡觀察其金相組織。

將試樣分別進(jìn)行不同的熱處理工藝試驗(yàn)后，測(cè)得其硬度和沖擊韌性結(jié)果見表1和圖1。試樣經(jīng)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(duì)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(jié)果可知。單純淬火時(shí)，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(duì)冷卻速度的敏感度更大；再進(jìn)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(duì)硬度的影響不大；回火處理后，鋼的沖擊韌性顯著提高，但當(dāng)回火溫度為250℃左右時(shí)，韌性最高，回火溫度提高到350℃以后，韌性反而降低，出現(xiàn)回火脆性現(xiàn)象；采用空冷淬火＋250℃回火熱處理工藝時(shí)，鋼的沖擊韌性最高達(dá)43.1J/cm2，硬度HRC達(dá)53.5，綜合機(jī)械性能最優(yōu)。

鋼的機(jī)械性能決定于它的化學(xué)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(qiáng)度大，奧氏體的韌性和塑性高。采用稀土進(jìn)行變質(zhì)處理后鋼的晶粒尺寸、夾雜物形態(tài)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(jié)果。

3 應(yīng)用效果

用試驗(yàn)選定的化學(xué)成分和熱處理工藝，生產(chǎn)的低合金耐磨耐沖擊襯板，在安鋼永通公司燒結(jié)棒磨機(jī)上應(yīng)用，取得了良好的應(yīng)用效果。公司原用襯板平均使用壽命在3個(gè)月～1年，且經(jīng)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(chǎn)要求。自開始應(yīng)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(jī)檢修次數(shù)，降低了生產(chǎn)的綜合成本。

4 結(jié)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(xué)性能和較高硬度的優(yōu)質(zhì)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(jīng)空冷淬火和低溫回火后硬度HRC達(dá)53.5以上，沖擊韌性аk達(dá)43.1J/cm2以上。在燒結(jié)棒磨機(jī)筒體襯板上的應(yīng)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(shù)［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(xiàn)安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)鑄造生產(chǎn)工作，助理工程師。Tel：13783814230，E-mail：zays007007@163.com

1672-1152（2010）02-0017-03