作者：李固成? 韓書臣 宋芳 薛晉中 李永華?? 駐馬店三山實(shí)業(yè)有限公司?

摘要：三山公司憑借多年耐磨材料生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過合金化及變質(zhì)處理，潔凈鐵液，細(xì)化晶粒，改善高鉻鑄鐵共晶碳化物的數(shù)量、形態(tài)和分布；嚴(yán)格工藝控制；優(yōu)化熱處理工藝等，研制生產(chǎn)出“新一代無鉬鎳高鉻合金鑄鐵耐磨襯板”。投放市場兩年來，使用性能穩(wěn)定，安全性高、耐磨性好。與傳統(tǒng)KmTBCr15Mo2Cu襯板相比，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯，該材料的研制成功，代表了目前國內(nèi)耐磨材料行業(yè)的發(fā)展水平，極具推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：合金化及變質(zhì)處理技術(shù)? 潔凈鐵液? 細(xì)化晶粒? 嚴(yán)格工藝控制

New generation of non- molybdenum nickel high chromium cast alloy ironwear-resisting lining board development and application

Li gucheng? Han shuchen? Song fang? Xue jinzhong? Li yonghua

(Chumatien three mountains industries limited company? 463000)

Abstract： nThree mountains companies rely on many year anti-friction materialproduction practice experience，through the alloy and deterioration processing, the pure hard fluid,the thin crystal grain, improves the high chromium cast iron eutecticcarbide the quantity, the shape and the distribution; Strict craft control; The optimized heat treatment craft and so on, the development produces"the new generation of non- molybdenum nickel high chromium cast alloyiron to be wear-resisting lining board ". Puts in the market for two years, operational performance stable, thesecurity high, the resistance to wear is good. compares with traditional KmTBCr15Mo2Cu lining board, production cost low, the economy and the social efficiency areobvious, this material develops successfully, has represented thepresent domestic anti-friction material professio level ofdevelopment, extremely has the promotion application value.

Keywords: Alloy and deterioration processing technology? Pure hard fluid

Thin crystal grain ??Strict craft control

我公司是生產(chǎn)耐磨襯板的專業(yè)廠家，有近30年生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。過去采用的耐磨材料主要有高錳鋼系列，中碳中合金鋼系列和高鉻合金鑄鐵（鋼）系列。產(chǎn)品服務(wù)對象主要是水泥、電力、礦山、煤炭、化工等行業(yè)，重點(diǎn)是水泥工業(yè)。主導(dǎo)產(chǎn)品“溝槽襯板”是上世紀(jì)八十年代末、九十年代初研制生產(chǎn)并應(yīng)用，被國家建材行業(yè)重點(diǎn)推廣的水泥機(jī)立窯十四項(xiàng)節(jié)能產(chǎn)品之一，曾于一九八九年榮獲部級(jí)科技成果三等獎(jiǎng)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境的繼續(xù)改善，科技進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)升級(jí)，水泥工業(yè)集中度的提高，球磨機(jī)的大型化等，高錳鋼襯板用于水泥工業(yè)大型球磨機(jī)上耐磨性能明顯不足（在我們這里早已被淘汰）；中碳中合金鋼材料用于制備隔倉蓖板性能優(yōu)良，而作為襯板使用耐磨性仍不能滿足市場的要求。高鉻合金鑄鐵耐磨襯板以其高耐磨、高強(qiáng)度、強(qiáng)韌性而著稱，在國外已被廣泛使用，在制作水泥工業(yè)球磨機(jī)襯板中，一般使用壽命在5年以上。2001年元月我公司將高鉻鑄鐵溝槽襯板成功應(yīng)用于河南鄭州順寶水泥股份有限公司￠3×9m大型磨機(jī)上^①，已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)6年以上，至今仍在服役。2003年初將高鉻鑄鐵襯板用于河南焦作堅(jiān)固水泥有限公司￠3.8×8.7m大型磨機(jī)上^②。2003年5月又將高鉻鑄鐵襯板用于大宇水泥（山東）有限公司￠5.4×15.5m特大型球磨機(jī)上^③。安全性能好，耐磨性高。至今，高鉻鑄鐵襯板已用于水泥工業(yè)球磨機(jī)上近200臺(tái)套，從￠2.2m，￠2.4m，￠3m中小型磨機(jī)到￠3.8m、￠4.2m、￠5m、￠5.4m大型和特大型磨機(jī)都實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，收到了較好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。特別是用于￠5.4×15.5m特大型磨機(jī)襯板，完全替代進(jìn)口產(chǎn)品，填補(bǔ)了國內(nèi)生產(chǎn)空白。

但是，自2003年下半年開始，隨著生產(chǎn)用各種原材料價(jià)格的不斷上漲，如鉬、鎳合金由初始的每噸4萬元左右，分別上漲到目前的近30萬元，50萬元一噸，成幾倍的翻番上漲，給我們耐磨材料生產(chǎn)企業(yè)帶來了成本壓力，曾一度無利潤生產(chǎn)或虧本經(jīng)營，企業(yè)經(jīng)營陷入迷茫和困境之中。為迅速適應(yīng)市場變化，扭轉(zhuǎn)不利局勢，市場變，企業(yè)變，針對高鉻鑄鐵襯板生產(chǎn)實(shí)際需要，我們于2004年底成立技術(shù)攻關(guān)小組，從優(yōu)化化學(xué)成份入手，著重工藝參數(shù)，嚴(yán)格工藝控制，制定合理的熱處理方案等以滿足機(jī)械性能要求，到2005年下半年，我們終于研制并生產(chǎn)出“新一代無鉬鎳高鉻合金鑄鐵耐磨襯板”。投放市場兩年來，通過跟蹤調(diào)查，用戶回訪，反映出新一代無鉬鎳高鉻合金鑄鐵襯板性能良好，使用安全可靠，耐磨性好，可與傳統(tǒng)的高鉻鑄鐵襯板（KmTBCr15Mo₂Cu）相媲美，但生產(chǎn)成本較低，性價(jià)比有足夠優(yōu)勢，受到市場青睞。目前已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。下面以浙江某水泥公司使用的￠4.2×13m大型磨機(jī)Cr15高鉻鑄鐵襯板為例作以簡述。

1、????????????? 化學(xué)成份的優(yōu)化（見表一）

新一代無鉬鎳高鉻合金鑄鐵耐磨襯板化學(xué)成份%

New generation of non- molybdenum nickel high chromium cast alloy ironwear-resisting lining board chemical composition%?? ?????????表一

1.?????? 1碳鉻的確定。碳和鉻是決定高鉻合金鑄鐵基體組織，碳化物結(jié)構(gòu)和性能的主要元素。碳量決定共晶碳化物數(shù)量，鉻量決定共晶碳化物類型。?

在亞共晶高鉻鑄鐵中，按含碳量分為低碳區(qū)C2.0-2.5%，中碳區(qū)C2.5-2.8%，高碳區(qū)C2.8-3.4%三個(gè)區(qū)4。高鉻合金鑄鐵襯板一般采用中碳區(qū)C2.5-2.8%，高鉻合金鑄鐵磨球一般采用低碳區(qū)C2.0-2.5%，破碎機(jī)錘頭類鑄件一般采用高碳區(qū)C2.8-3.4%。

從高鉻合金鑄鐵的鑄態(tài)獲得馬氏體組織要求出發(fā)，對碳量的選擇應(yīng)在中碳區(qū)C2.5-2.8%，使Cr/C比在5.5-6.5為宜，碳化物含量應(yīng)在21-25%之間，因此碳的選擇為2.4-2.8%，鉻的選擇為14-18%。這時(shí)高鉻合金鑄鐵的共晶碳化物為斷續(xù)的針狀或團(tuán)球狀，使M₇C₃型碳化物的顯微組織硬度可提高到HV1500-1800，材料具有強(qiáng)韌性，能夠滿足大型磨機(jī)襯板的使用要求。

1.2硅、錳元素的確定。硅在高鉻合金鑄鐵中是限制性元素，硅溶入基體中，降低了碳在奧氏體中的溶解度，由于硅的溶入而超出的這部分碳又和鉻形成了共晶碳化物，削弱了鉻在奧氏體中的溶解度，使奧氏體變得不穩(wěn)定，有促使奧氏體向屈氏體轉(zhuǎn)變的可能性。因此，硅是一種降低淬造性元素，但可以提高Ms點(diǎn)。在高鉻合金鑄鐵中一般不再加入硅。故硅含量應(yīng)≤0.8%。

錳為常規(guī)元素，溶入基體中，由于不獲得奧氏體，是提高淬透性元素，有脫氧除硫作用，但降低Ms點(diǎn)，含量不宜>1%，故錳量控制在0.4-1.0%。

1.3銅元素的確定。銅溶入基體中，一定量的銅能提高淬透性，改善沖擊韌性，同時(shí)銅在高鉻合金鑄鐵中有與鎳元素相同的作用，可部分替代鎳，因此銅元素應(yīng)控制在0.5-1.0%為宜。

硫、磷為有害元素，在生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格限制。

2、高效多元微合金化及復(fù)合變質(zhì)處理技術(shù)的應(yīng)用（%為加入量）

The highly effective many Yuan micro alloy and the compounddeterioration processing technology application (% for joinsquantity)?? 表二

有文獻(xiàn)強(qiáng)調(diào)5⑥⑦，改變高鉻鑄鐵共晶碳化物形態(tài)和分布并提高其強(qiáng)韌性的最簡便而且經(jīng)濟(jì)有效的方法是對鐵水進(jìn)行變質(zhì)處理，控制其凝固。使碳化物由粗大的、互相交錯(cuò)的桿簇狀，變成彼此孤立分布均勻的細(xì)桿，更重要的是細(xì)化共晶碳化物，減少對基體的割裂作用，提高高鉻鑄鐵晶界的冶金質(zhì)量，以達(dá)到高鉻鑄鐵件的高性能化要求，即提高強(qiáng)度、韌性和耐磨性。

??? V、Ti、Nb 是形成碳化物結(jié)晶核心的元素，能顯著細(xì)化組織⑧。特別是? Nb元素的引入，主要是通過沉淀強(qiáng)化，細(xì)化奧氏體晶粒，并進(jìn)一步細(xì)化相變后的組織，改善其韌性和抗疲勞性能⑨。? Nb的強(qiáng)化效果可以代替2倍的V或3倍的Ti，在很多情況下Nb和V有一定的替代作用⑩11。

微量的B可明顯提高淬透性，有效強(qiáng)化晶界，改變高鉻鑄鐵碳化物形態(tài)，形成高硬度的硼化物，可顯著提高耐磨性121314。

稀土是生產(chǎn)中最常用的變質(zhì)劑。能夠提高碳化物的形核率，同時(shí)與鐵液中的氧和硫均有較大的親和力，能凈化鐵液。Y基重稀土的變質(zhì)效果優(yōu)于Ce基輕稀土1516。

綜上所述，當(dāng)RE和V、Ti、B、Nb微量合金化元素（見表二）同時(shí)使用時(shí)，使合金的細(xì)化晶粒作用與彌散強(qiáng)化作用同稀土的凈化作用同時(shí)得到較好發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)了凈化鐵液，細(xì)化晶粒，提高淬透性，來共同滿足高鉻鑄鐵的高性能使用要求。????

2、????????????? 高效深度復(fù)合脫氧精煉劑的應(yīng)用（%）

Highly effective depth compound deaeration fining medicinalpreparation application (%)?????????????????????????????????????????????? 表三

元素

Si

Al

Ba

Ca

Mg

S

P

C

Fe

質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

30-40

18-22

8-12

10-14

適量

〈0. 02

〈0. 02

〈0. 02

余量