作者：李固成? 韓書臣 宋芳 薛晉中 李永華?? 駐馬店三山實業有限公司?

摘要：三山公司憑借多年耐磨材料生產實踐經驗，通過合金化及變質處理，潔凈鐵液，細化晶粒，改善高鉻鑄鐵共晶碳化物的數量、形態和分布；嚴格工藝控制；優化熱處理工藝等，研制生產出“新一代無鉬鎳高鉻合金鑄鐵耐磨襯板”。投放市場兩年來，使用性能穩定，安全性高、耐磨性好。與傳統KmTBCr15Mo2Cu襯板相比，生產成本低，經濟和社會效益明顯，該材料的研制成功，代表了目前國內耐磨材料行業的發展水平，極具推廣應用價值。

關鍵詞：合金化及變質處理技術? 潔凈鐵液? 細化晶粒? 嚴格工藝控制

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

我公司是生產耐磨襯板的專業廠家，有近30年生產實踐經驗。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。產品服務對象主要是水泥、電力、礦山、煤炭、化工等行業，重點是水泥工業。主導產品“溝槽襯板”是上世紀八十年代末、九十年代初研制生產并應用，被國家建材行業重點推廣的水泥機立窯十四項節能產品之一，曾于一九八九年榮獲部級科技成果三等獎。隨著國民經濟的快速發展和經濟社會環境的繼續改善，科技進步，產業升級，水泥工業集中度的提高，球磨機的大型化等，高錳鋼襯板用于水泥工業大型球磨機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、高強度、強韌性而著稱，在國外已被廣泛使用，在制作水泥工業球磨機襯板中，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用于河南鄭州順寶水泥股份有限公司￠3×9m大型磨機上^①，已連續運轉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固水泥有限公司￠3.8×8.7m大型磨機上^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球磨機上近200臺套，從￠2.2m，￠2.4m，￠3m中小型磨機到￠3.8m、￠4.2m、￠5m、￠5.4m大型和特大型磨機都實現了安全生產，收到了較好經濟效益和社會效益。特別是用于￠5.4×15.5m特大型磨機襯板，完全替代進口產品，填補了國內生產空白。

但是，自2003年下半年開始，隨著生產用各種原材料價格的不斷上漲，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企業帶來了成本壓力，曾一度無利潤生產或虧本經營，企業經營陷入迷茫和困境之中。為迅速適應市場變化，扭轉不利局勢，市場變，企業變，針對高鉻鑄鐵襯板生產實際需要，我們于2004年底成立技術攻關小組，從優化化學成份入手，著重工藝參數，嚴格工藝控制，制定合理的熱處理方案等以滿足機械性能要求，到2005年下半年，我們終于研制并生產出“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，可與傳統的高鉻鑄鐵襯板（KmTBCr15Mo₂Cu）相媲美，但生產成本較低，性價比有足夠優勢，受到市場青睞。目前已實現批量生產。下面以浙江某水泥公司使用的￠4.2×13m大型磨機Cr15高鉻鑄鐵襯板為例作以簡述。

1、????????????? 化學成份的優化（見表一）

新一代無鉬鎳高鉻合金鑄鐵耐磨襯板化學成份%

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，碳化物結構和性能的主要元素。碳量決定共晶碳化物數量，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C2.0-2.5%，中碳區C2.5-2.8%，高碳區C2.8-3.4%三個區4。高鉻合金鑄鐵襯板一般采用中碳區C2.5-2.8%，高鉻合金鑄鐵磨球一般采用低碳區C2.0-2.5%，破碎機錘頭類鑄件一般采用高碳區C2.8-3.4%。

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

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，使奧氏體變得不穩定，有促使奧氏體向屈氏體轉變的可能性。因此，硅是一種降低淬造性元素，但可以提高Ms點。在高鉻合金鑄鐵中一般不再加入硅。故硅含量應≤0.8%。

錳為常規元素，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，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，因此銅元素應控制在0.5-1.0%為宜。

硫、磷為有害元素，在生產中應嚴格限制。

2、高效多元微合金化及復合變質處理技術的應用（%為加入量）

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

有文獻強調5⑥⑦，改變高鉻鑄鐵共晶碳化物形態和分布并提高其強韌性的最簡便而且經濟有效的方法是對鐵水進行變質處理，控制其凝固。使碳化物由粗大的、互相交錯的桿簇狀，變成彼此孤立分布均勻的細桿，更重要的是細化共晶碳化物，減少對基體的割裂作用，提高高鉻鑄鐵晶界的冶金質量，以達到高鉻鑄鐵件的高性能化要求，即提高強度、韌性和耐磨性。

??? V、Ti、Nb 是形成碳化物結晶核心的元素，能顯著細化組織⑧。特別是? Nb元素的引入，主要是通過沉淀強化，細化奧氏體晶粒，并進一步細化相變后的組織，改善其韌性和抗疲勞性能⑨。? Nb的強化效果可以代替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，有效強化晶界，改變高鉻鑄鐵碳化物形態，形成高硬度的硼化物，可顯著提高耐磨性121314。

稀土是生產中最常用的變質劑。能夠提高碳化物的形核率，同時與鐵液中的氧和硫均有較大的親和力，能凈化鐵液。Y基重稀土的變質效果優于Ce基輕稀土1516。

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

2、????????????? 高效深度復合脫氧精煉劑的應用（%）

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

元素

Si

Al

Ba

Ca

Mg

S

P

C

Fe

質量分數%

30-40

18-22

8-12

10-14

適量

〈0. 02

〈0. 02

〈0. 02

余量