中锰耐磨钢在球磨机衬板上的应用-有色金属科学与工程.docVIP

中锰钢在球磨机衬板上的应用 罗飞扬1、2，李安运2，程明焱2，张选志3 （1．江西理工大学材料与化学工程学院，江西 赣州 341000；2. 江西省钨与稀土研究院，江西 赣州 341001;3. 赣州江钨新型合金材料有限公司，江西 赣州 341001） 摘要: 通过降低高锰钢中的锰碳含量，获得了中锰钢。研究表明中锰钢经1050～1070℃水淬后的基体组织为奥氏体+0～W2级碳化物，在非强烈冲击工况条件下，满足强韧性要求，而耐磨性能优于高锰钢。应用于制造球磨机衬板，每吨铸件成本可比高锰钢降低约420元，而使用寿命提高16%。 关键词: 中锰钢; 耐磨衬板; 力学性能; 耐磨性 中图分类号：TF704.7 文献标识码: 0 前言 自1883年R.A.Hadfied发明高锰钢以来，高锰钢广泛应用于冶金、矿山、建材等行业，经过一百多年，仍然在耐磨金属材料中占有重要位置，但高锰钢在非强烈冲击工况条件下，因加工硬化能力不足而导致不能有效发挥其耐磨性能[1-2] 。为了改善非强烈冲击工况条件下耐磨材料的耐磨性能，国內外研制了高铬铸铁，并成功地应用于制造球磨机衬板[3]，高铬铸铁的组织为马氏体﹢碳化物﹢残余奥氏体，由于基体硬度高，其耐磨性能优良。但由于高铬铸铁中的碳化物和高碳马氏体，脆性大[4]，使用在有一定冲击的场合时，易出现剥落断裂现象，影响设备的正常运行。国内还研制了马氏体、贝氏体钢和奥-贝钢用于非强烈冲击工况，但因硬度低、淬透性差导致使用寿命提高并不明显[5-8] 。用于制造球磨机衬板的材料，应在具有足够韧性的前提下，实现良好的耐磨性，通过调整奥氏体锰钢中锰碳含量，获得常温下为奥氏体组织，在冲击载荷作用下，能快速地实现形变马氏体转变的中锰钢，正好符合上述要求[9-10] 。我们将中锰钢用于制造Φ1.5×3m球磨机衬板，既降低了制造成本，又提高了使用寿命，取得了很好效果。 1 中锰钢成份的设计 1.1 化学成份设计的依据 中锰钢的基体常温下为奥氏体组织，但在冲击磨损条件下，表层形成形变α马氏体和ε马氏体，这就是中锰钢在非强烈冲击工况条件下具有良好耐磨性能的主要原因[11]。为了得到强化马氏体，以马氏体转变开始温度Ms和形变诱发马氏体点的温度Md设计锰碳成份，使所设计的中锰钢Ms点低于摄氏零度，而Md点高于室温，设计的中锰钢经水韧处理后得到奥氏体组织，且其奥氏体组织稳定性低，处于和+α相区的临界处，在冲击载荷作用下，表层奥氏体易于转变成α马氏体和ε马氏体，由于在使用过程中得到了强化马氏体，使衬板受磨面强度上升，硬度提高，满足耐磨性的需要，而基体仍为奥氏体，满足韧性的需要。 1.2 化学成份 为节省贵重的合金资源，降低衬板生产成本，所设计的中锰钢不另外加入其他合金元素，根据经验公式[12-15] 作者简介: 罗飞扬，(1962-)，男，高级工程师，在读硕士，主要从事金属材料研究。 Ms(℃)=550-361[C]-39[Mn]-35[V]-20[Cr]-17[Ni]-10[Cu]-5[Mo+W]+15[Co]+30[Al] Ms(℃)≈-25～-35℃ Md(℃)≥Ms(℃)+(50+100) ℃ 设计的中锰钢化学成份表1所示。 表1 中锰钢化学成份/(wt%) 元素 C Mn Si P s 含量 0.85～1.15 5.50～8.50 0.20～0.80 ＜0.080 ＜0.050 工业化生产时，应注意控制好锰碳含量及匹配关系，使之符合Ms和Md的要求。 2 中锰钢衬板的制造 2.1 中锰钢衬板的铸造生产 中锰钢衬板采用水玻璃砂造型，铸件收缩率2.2%。产业化生产在3t电弧炉上采用氧化法冶炼工艺进行，炉料为废钢、废铁、硅铁(FeSi75)、锰铁(FeMn74、FeMn78C2.0)，经氧化、还原和调整成份后，在炉渣为白渣的条件下出钢，出钢前化验化学成份使之在要求的范围内，并且脱氧良好，钢水温度符合要求，经铝终脱氧后出钢浇注产品，中锰钢衬板浇注后，补浇冒口一次，在浇注中锰钢衬板的中途浇注试块，试块按GB/T5680-1998附录A图A2的要求制作，试块同中锰钢衬板一同装炉进行热处理。热处理采用水淬工艺，中锰钢衬板按50～70℃/h升温至650℃时，保温2～3h，随后以50～100℃/h升温至1050～1070℃保温3～5h，在保温结束出炉入水前10min将保温温度升至1100℃，中锰钢衬板入水冷却40min后出水池进行后续操作。 2.2 中锰钢的组织和性能 参照GB/T5680-1998，对热处理后的试块进行金相检验和力学性能检验，其结果如表2和表3，中锰钢金相组织见图1。 表2 中锰钢的组织 金相组织 非金属夹杂 晶粒度 奥氏体+0～W2级碳化物 2～3级 2～4级