新型耐磨低合金鋼襯板的研究與應(yīng)用

莊巧玲

（金堆城鉬業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西華縣 714102）

礦山中使用的磨機(jī)一般為短粗形狀，襯板的厚度也相對比較厚。由于礦山磨機(jī)較大，磨球也大，且大部分采用濕法工藝，因此襯板的運行條件十分嚴(yán)酷。礦山中大型的磨機(jī)、自磨機(jī)或半自磨機(jī)，從穩(wěn)定可靠的角度出發(fā)大多數(shù)選用穩(wěn)定奧氏體高錳鋼襯板。襯板以粉碎為主時，要求襯板對研磨體的推舉能力較強(qiáng)，同時襯板應(yīng)具有良好的抗沖擊性能。高錳鋼ZGMn13 有足夠的抗沖擊韌性，但不耐磨且易變形，在國內(nèi)，球磨機(jī)的襯板高錳鋼已部分被中合金鋼代替。

某公司進(jìn)行選礦工藝升級改造以來，選用?5.5mm×8.5mm 大型溢流型球磨機(jī)，與以前運行的格子型球磨機(jī)有了很大的不同，為適應(yīng)新型球磨機(jī)，襯板的結(jié)構(gòu)形狀及材質(zhì)都發(fā)生了變化。本文通過對合金成分設(shè)計，熔煉、鑄造、熱處理工藝試驗，合金組織分析、力學(xué)性能測試等，以求獲得適合于礦山濕式磨機(jī)襯板使用的新型臺金。

1 化學(xué)成份設(shè)計

球磨機(jī)襯板材質(zhì)的耐磨性與磨機(jī)直徑、襯板形狀結(jié)構(gòu)、物料種類及硬度、研磨介質(zhì)以及粉磨工藝有關(guān)，尋求各種條件的最佳配合，是設(shè)計襯板合金成分的關(guān)鍵，該襯板的化學(xué)成份設(shè)計如下。

碳是決定鋼的硬度和耐磨性的主要元素。鉻可提高鋼的淬透性,固溶強(qiáng)化基體提高鋼的耐磨性、細(xì)化晶粒和提高鋼的回火穩(wěn)定性[1]。硅有固溶強(qiáng)化作用并使鋼的回火脆性溫度移向高溫，使鋼的回火溫度提高獲得較高的韌性[2]。錳能提高淬透性及強(qiáng)度，超過1%時顯著增加殘余奧氏體并增大鋼的過熱與回火脆性傾向[3]。鉬可細(xì)化晶粒，提高淬透性，改善高溫高壓抗腐蝕作用，降低過熱敏感性，降低或消除回火脆性，改善韌性。微量的銅能固溶在α-Fe 中使鋼固溶強(qiáng)化，提高鋼基體的電極電位，減少腐蝕介質(zhì)中的微電池作用，有效降低腐蝕磨損速度。鈦元素可脫氧、細(xì)化晶粒，溶于固溶體時提高淬透性，形成碳化物時降低淬透性。綜上所述，本試驗鋼的化學(xué)成分如表1 所示。

2 制造工藝

2.1 熔煉工藝

試驗采用3t 電弧爐以氧化法熔煉。熔煉材料必須選用15#鋼或者含碳量較低的廢鋼。鋼的成份根據(jù)爐料的化學(xué)成份以及各種鐵合金的吸收率進(jìn)行配料計算，嚴(yán)格按配料單稱重。廢鋼、鉻鐵隨爐料入爐，熔清加入鉬鐵及銅。熔煉過程中要進(jìn)行兩次造渣。第一次造渣是在大部分爐料溶化后加入造渣材料造渣。全部爐料熔清后降功率傾爐扒渣再第二次造渣。硅鐵、錳鐵分別在出鋼前5～10min 加入沉淀脫氧及調(diào)整成份。出鋼時用純鋁在爐內(nèi)脫氧，按每噸鋼水加入1kg 鋁計算。插鋁后加入粒度為1～8mm 的鈦鐵，加入量約0.2%。鋼水在1600～1620℃除渣，停電出鋼。在鋼水澆入鋼水包不到四分之一時將稀土與硼鐵混合包沖入鋼水包中。

表1 新型低合金鋼化學(xué)成分 ωB/%

由于此鋼種屬于鉻錳鉬系鋼，其晶粒度易粗大，鋼的導(dǎo)熱性較差。入爐材料必須干燥，冶煉中要做到高溫氧化、活躍沸騰，出鋼溫度為1660～1690℃，澆注溫度為1560～1590℃。

2.2 鑄造工藝

該鋼種按消失模鑄造工藝進(jìn)行生產(chǎn)，鑄造線收縮率為2%。

（1）工藝流程

該工藝主要流程為：模型制作→混制涂料→涂刷涂料→烘干→埋箱→澆注。其中模型采用聚苯乙烯泡沫板材，密度要求為0.905g/cm3，發(fā)氣量為105cm3。涂料自主配置,采取浸涂和涂刷的刷制方法，涂刷次數(shù)控制在3 次左右，涂料厚度控制在1.0～1.5mm。

（2）造型工藝

采用一箱三件埋箱造型，見圖1 所示，埋箱過程中累計震動砂箱時間約為1.5～3min，澆注前10～15min 提前開啟負(fù)壓泵，為澆注做好準(zhǔn)備，澆注過程中負(fù)壓泵管道壓力控制在0.045～0.06MPa，澆注完負(fù)壓持續(xù)時間約為5～10min。

2.3 熱處理工藝

圖1 造型工藝

圖2 熱處理工藝曲線

該低合金鋼襯板采取正火+淬火+回火的熱處理工藝，使用設(shè)備為臺車式電阻爐。熱處理工藝曲線如圖2 所示。襯板裝爐要墊高不少于20mm，襯板之間間隙不少于30mm。水量為鑄件重量的10 倍以上，要能循環(huán)流動冷卻，最高水溫小于40℃。入水時間不超過40 秒。鑄件在水中要上下左右（或前后）擺動，淬火介質(zhì)水溫一般控制在40℃以內(nèi)。鑄件在水中冷透至水溫或120℃出水后在空氣中冷卻至小于100℃?；鼗鹑霠t不超過180℃，回火保溫時間宜長不宜短。熱處理測溫儀表以及熱電偶要核對準(zhǔn)確。熱電偶在插入爐中的孔隙處要用保溫棉填充以避免使熱電偶冷端受熱。

3 性能檢測及分析

鑄件化學(xué)成份按熔煉爐次逐爐檢驗。所測試樣均從襯板本體破壞后取得，沖擊韌性試樣加工成10mm×10mm×55mm 的無缺口條形樣。

圖3 金相組織

3.1 力學(xué)性能

從襯板不同位置獲取的試樣，具體力學(xué)性能指標(biāo)如表2 所示。

3.2 金相組織

經(jīng)觀察金相組織均為馬氏體，組織不均勻，主要是由于枝晶偏析所致，在100 倍、400 倍、1000倍下進(jìn)行微觀組織拍照，結(jié)果如圖3 所示。

表2 力學(xué)性能指標(biāo)

從以上測試結(jié)果可以看出：試樣洛氏硬度≥50HRC,沖擊韌性≥20J/cm2，金相組織為針狀馬氏體，各項測試指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求。

4 工業(yè)試驗

將試制的新型合金鋼襯板安裝至?5.5m×8.5m 球磨機(jī)，同機(jī)安裝高錳鋼襯板進(jìn)行工業(yè)化對比試驗。球磨機(jī)經(jīng)運轉(zhuǎn)時間5353h，高錳鋼襯板出現(xiàn)磨漏現(xiàn)象，試制的低合金襯板沒有任何鑄造缺陷，殘余的最小厚度達(dá)到4cm，按照磨損率計算至少還可以繼續(xù)使用30 天，即使用壽命可以達(dá)到6073h，和原來的高錳鋼襯板相比較，使用壽命提高了13.4%。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)球磨機(jī)、磨礦環(huán)境等，尋求各種條件的最佳配合，設(shè)計出低合金鋼襯板的化學(xué)成分范圍。

（2）提出和研究了襯板的制造工藝，具體對冶煉工藝、鑄造工藝和熱處理工藝進(jìn)行了研究確定。

（3）通過性能和組織檢測，所研制低合金鋼襯板的硬度≥50HRC,沖擊韌性≥20J/cm2，金相顯示主要為馬氏體組織，是一種高硬度高韌性的耐磨鋼。

（4）新型耐磨低合金鋼襯板是一種生產(chǎn)成本低的熱處理水淬產(chǎn)品，性價比較高。工業(yè)化試驗顯示，與高錳鋼襯板產(chǎn)品相比較，使用壽命提高了13.4%。