几种球磨机铸钢衬板优良的耐磨性能

衬板是球磨机中的主要磨损件，球磨机衬板类型也是多种多样，使用最多的是高锰钢。但是当冲击并不强烈时高锰钢磨损快、使用寿命短而且其生产成本较高，于是冶铸工作者研制出了高硼铸钢、高耐磨贝氏体铸钢、高韧性抗热耐磨铸钢、铬钼铸钢、无钼镍高强度耐磨铸钢、中铬合金耐磨铸钢等新型抗磨铸钢，在球磨机衬板应用中表现出了优良的耐磨性能。本文对这些钢的热处理工艺和力学性能做了简要的回顾。

1、高硼铸钢

该钢是在低碳钢中加入硼元素的同时添加少量其他合金元素，化学成分见表1中的1.1。热处理采用淬火+回火，淬火工艺为:950~980℃×2h，水冷淬火条件下具有优异的淬透性和淬硬性。淬透层深度大于40mm；回火工艺为:200~250℃×4h，空冷。可以获得一定数量的高硬度Fe2B化合物。基体是强韧性好的板条马氏体，综合力学性能与耐磨性良好，硬度大于58HRC，冲击韧度大于12J/cm2。适用于小能量多冲击的凿削磨损型工况条件，用其制造的球磨机衬板使用起来安全、可靠，使用寿命比高锰钢衬板提高2倍以上，且价格相当，经济效益好。

对于化学成分为表1中1.2的高硼铸钢，淬火温度为1000℃可获得单一的板条马氏体。在230～240℃进行去应力回火处理，硬度大于55HRC，抗拉强度超过900MPa，平均冲击韧度达到18.2J/cm2。在火电厂球磨机上使用安全、可靠，使用中不断裂、不剥落，使用寿命比高锰钢衬板提高180%～200%。高硼铸钢衬板不含贵重合金元素，生产工艺简便，生产成本与高锰钢衬板相当，推广使用可产生显著的经济和社会效益。

2、高耐磨贝氏体铸钢

以Cr-Mn-Si为主加少量其它合金元素的贝氏体铸钢，其化学成分见表1中的2.1。热处理工艺为：经1080℃正火，200～250℃回火，获得贝氏体+铁素体和残余奥氏体组织，该组织具有良好的强韧性配合；其抗拉强度为1500MPa，硬度为HRC49，冲击韧度为AKU36J。该贝氏体铸钢耐磨性优于马氏体钢、高碳低合金铸铁、高铬铸铁，其衬板使用寿命是马氏体钢衬板的2.5倍、高碳低合金铸铁衬板的1.7倍、高铬铸铁衬板的1.3倍，是衬板材料的理想选择。

高碳Mo-B系贝氏体耐磨钢[3]的化学成分如表1中的2.2所示。根据产品大小，厚簿，形状分别采用两种淬火工艺，即分级淬火和空淬。

此钢热处理后的组织为B+M+A残。其硬度≥50HRC，冲击韧度≥20J/cm2。高碳Mo-B系贝氏体耐磨钢具有优良高强韧性、高硬度及优异的耐磨性。适宜做各种球磨机衬板，通过金矿、铅锌矿、水泥厂衬板的应用其耐磨性比高锰钢衬板寿俞提高50%以上。

3、高耐磨性高铬铸钢

高铬铸钢是一种合金用量少、力学性能好、工艺稳定、耐磨性高的球磨机耐磨材料，其化学成分见表1中的序号3。热处理工艺为“淬火+回火”，淬火温度为960℃，保温2～6h；回火温度为260℃，保温2～6h，出炉后空冷。回火的目的是消除淬火应力，改善韧性。金相组织为回火马氏体+共晶碳化物+残余奥氏体+二次碳化物。其冲击韧度高于高铬铸铁，而其余力学性能指标相当。它与国内使用的高锰钢衬板和进口的高铬铸铁衬板相比，不但耐磨性好，而且成本低、性价比高，特别适于制造球磨机衬板，与高锰钢相对耐磨性ε为4.59。

4、高韧性抗热耐磨铸钢

高韧性抗热耐磨铸钢的化学成分见表1中的序号4。热处理工艺为固溶处理+稳定化处理。①固溶处理：将衬板加热至llAc+50～90℃（1070～1150℃）并保温一段时间，使钢中的碳化物等过剩相充分溶解到固溶体中，得到化学成分基本均匀的单相奥氏体组织，然后快速冷却，以得到过冷奥氏体固溶组织，目的是改善衬板的韧性和耐热性。②稳定化处理：稳定化处理工艺在此不做详述。

铸态组织为奥氏体+少量铁素体+碳化物，碳化物呈连续网状分布。热处理后试验衬板的组织为奥氏体+碳化物，且组织明显细化和均匀化。Ak≥77J/c㎡。硬度和耐磨性明显增加，抗氧化性能显著，并且生产成本低廉，具有广阔的市场空间。

5、铬钼铸钢

对于表1中5.1所示化学成分的铬钼铸钢，热处理工艺为（920±10）℃油淬，（350±20）℃×6h回火。在淬火加回火后获得贝氏体组织，其硬度HRC≥40，冲击韧度Ak≥25J/c㎡。铬钼铸钢衬板先后在国内的球磨机上进行装机试验，其使用寿命为高锰钢衬板的两倍以上，提高了磨机作业率，延长了磨机大修周期，生产成本降低30%左右。这种材质的铸造耐磨件还可以广泛应用于矿山开采、破碎机械、筑路机械、挖掘机械等方面。

对于化学成分为表1中5.2所示的铬钼铸钢，铸态组织为珠光体+马氏体+奥氏体+碳化物。退火后金相组织为珠光体+弥散碳化物。在980℃淬火，380℃回火，得到淬火马氏体与极少量残余奥氏体。在380℃回火温度下，淬火马氏体转变为回火马氏体及析出弥散碳化物，残余奥氏体转变为回火马氏体。HRC55.8及Ak21.88J/cm2。此钢具有高强度、高韧性、高抗磨、不弯曲、不变形的特性。经水泥磨一厂使用其耐磨性为高锰钢3倍以上。而且该钢种生产工艺简便、成本低，生产厂家容易组织生产。

6、无钼镍高强度耐磨铸钢

对于化学成分为表1中的6.1的无钼镍高强度耐磨铸钢，其不含镍钼等昂贵合金元素，以廉价硅、锰为主要合金元素，并加入少量铬元素，同时用硼和氮改善铸钢淬透性，用钙、钛、钇基稀土和镁细化和净化凝固组织。铸态组织是珠光体和铁索体，还含有少量马氏体。淬火温度为880~1050℃，冷却方式为出炉后快冷，回火温度为220～300℃。其显微组织是典型的单一板条马氏件组织，马氏体板条间存在纳米晶奥氏体薄膜，使铸钢在保持高强度和高硬度的前提下，还具有优良的韧性和塑性。其抗拉强度大于1500MPa，伸长率大于5%，冲击韧度大于120J/cm2，硬度大于50HRC。此钢生产的衬板使用安全、可靠，使用中未出现剥落和断裂，其使用寿命与高铬铸铁衬板和镍硬铸铁衬板相当，生产成本比高铬铸铁衬板和镍硬铸铁衬板低40%以上，使用寿命比高锰钢衬板提高2～4倍，价格与高锰钢相当。

对于无钼镍空淬贝氏体铸钢，其化学成分如表1中的6.2所示。热处理工艺为920℃×1h后空冷到室温，在250～350℃回火。在空淬后可以得到贝氏体组织，具有优良的综合力学性能。无钼镍低合金钢中含硅量较高，空淬后能抑制碳化物析出，获得无碳化物的板条状贝氏体铁素体+残留部分奥氏体（～11%）。此铸钢原料来源丰富，生产成本低，工艺简单，综合性能优越，使用寿命比高锰钢提高100%～300%。

7、中铬合金耐磨铸钢

新型中碳中铬合金钢不含贵重合金元素Mo、Ni和Cu等，其化学成分如表1中的7.1所示。热处理工艺为（960±20）℃淬火，280～320℃回火；金相观察表明，试样的淬火回火组织为M回+K少+Ar少。其硬度值为46～56HRC，冲击韧度值AK为24～46J/c㎡。

根据一年四季温度变化，分别采用空冷、雾冷、淬火液等不同冷却介质进行淬火，其组织性能完全达到或超过加Mo、Ni、Cu的传统中碳中铬合金耐磨铸钢。并且生产成本低，韧性高，耐磨性好，符合当前国家倡导和强力推行的节能减排政策，是一种优良的新型耐磨材料，有一定推广应用价值。

中铬合金钢化学成分如表1中的7.2所示。由于多元合金元素的综合作用，此钢具有晶粒细小、淬透性好、综合机械性能良好的特点。经1020℃降温淬火，再经330℃回火的试验钢的组织为马氏体+贝氏体+残余奥氏体+碳化物。试验钢的力学性能：硬度为58～60HRC、冲击韧度Ak=20～30J/cm2、抗弯强度σw=1600～1800MPa。此钢可以利用铸造余热进行等温淬火热处理，不但可以获得马氏体+贝氏体+残余奥氏体+碳化物组织，而且可以缩短生产周期，提高生产率。当开箱温度为9500℃，保温温度在280～330℃时，试验钢的力学性能为：硬度59～63HRC、冲击韧度Ak=15~24J/cm2、抗弯强度σw=850～920MPa，比按1020℃降温淬火+330℃回火处理的试验钢的力学性能稍低。

最后总结，本文回顾了一些新型的抗磨铸钢的热处理工艺和力学性能。生产中可根据衬板使用的工况和材质要求以及工厂的实际生产条件，选择适当的抗磨铸钢及其相应的热处理工艺。