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    ∮4.5m大型球磨機(jī)襯板中合金鋼ZG42Cr2 Mn-S12MoCe是中國(guó)建材裝備總公司為解決大型球磨機(jī)襯板新材質(zhì)而下達(dá)給唐山水泥機(jī)械廠的新產(chǎn)品重點(diǎn)開發(fā)項(xiàng)目。ZG42Cr2MnSi2MoCe鋼是唐山水泥機(jī)械廠研究成功的一種耐磨鋼。該鋼種獲國(guó)家發(fā)明專利。是國(guó)家建材局與<七五>重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目《研究提出各種規(guī)格球磨機(jī)襯板選材的指導(dǎo)性文件>為大型球磨機(jī)襯板材質(zhì)的選定與推廣材質(zhì)。
1、化學(xué)成分設(shè)計(jì)
    碳是鋼中影響各項(xiàng)性能的主要元素。碳取中限，以保證材質(zhì)具有較高的韌性的同時(shí)，又具有較高的硬度和良好的耐磨性，確定碳量為0.38%～0.48%。鉻可提高鋼的淬透性，并固溶強(qiáng)化基體，細(xì)化晶粒和提高回火穩(wěn)定性。確定鉻量為1.80%～2.20%。錳能提高淬透性及強(qiáng)度。錳的含量超過(guò)1%時(shí)顯著增加殘余奧氏體量，并增大鋼的過(guò)熱傾向和增大回火脆性傾向，因此確定錳的含量為0. 80%～1.10%。硅有顯著的固溶強(qiáng)化作用，并使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。硅的加入對(duì)Ms點(diǎn)及殘余奧氏體含量基本無(wú)影響，確定硅量為1.50%—1.80%。鉬可提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性并細(xì)化晶粒，抑制回火脆性，改善沖擊韌度。加入微量的稀土鈰在于改善夾雜物的形態(tài)，使大的多角形夾雜物變?yōu)榫鶆蚍植忌倭康膱A形夾雜物，凈化晶界、細(xì)化晶粒，提高韌性及耐磨性。綜上所述，化學(xué)成分設(shè)計(jì)，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)械設(shè)備。
2、熔煉、澆注
    鑄件為∮4.5m×15.11m水泥磨第一倉(cāng)階梯襯板。規(guī)格為244mm×347mm×56mm／127mm。單重為45kg。熔煉設(shè)備為850kg中性爐襯中頻感應(yīng)電爐。澆注設(shè)備為1t傾咀式行車吊包。
    采用不氧化法熔煉，鋼的成分根據(jù)爐料化學(xué)成分及各種鐵合金的吸收率進(jìn)行配料計(jì)算來(lái)控制。熱爐裝料，鉻鐵、鉬鐵隨料裝入。熔化期以最大功率送電，爐料熔化70%～80%進(jìn)行推料及鋼液攪拌，同時(shí)以還原劑對(duì)渣還原，當(dāng)爐料熔化90%時(shí)進(jìn)行鋼液測(cè)溫。鋼液溫度達(dá)1520—1530℃（熱電偶）時(shí)進(jìn)行中間化驗(yàn)，向鋼液中加入調(diào)整成分的鐵合金。在鋼液溫度達(dá)到1530—1550℃（熱電偶）時(shí)出鋼。鋼包中沖鋁0.8—1.2kg/t鋼液，終脫氧。加鋁后用罐裝強(qiáng)制置入式迅速向鋼液內(nèi)加入稀土鈰，鋼包上加復(fù)蓋劑保溫。
    在鋼液為1420～1440℃（光學(xué)高溫計(jì)）開始澆注。澆注時(shí)控制澆注速度為兩頭小中間大，采用低溫澆注。在不產(chǎn)生夾砂等缺陷下提高澆注速度，當(dāng)鋼液上升至分型面以上時(shí)降低澆注速度，以確保鑄件充分收縮。隨后點(diǎn)冒口2～3次。最后胃口上覆蓋珍珠巖保溫劑。在澆注時(shí)并注意擋渣以及引氣、排氣。
3、造型、清理
    材質(zhì)的鑄造線收縮率為2%。型芯砂用水玻璃石英砂，加入1%～2%膨潤(rùn)土，8%水玻璃。鑄型、型芯皆刷鋯英粉酒精涂料，確保表面光潔。直、橫、內(nèi)澆道及冒口均應(yīng)搗密實(shí)。控制好二氧化碳硬化時(shí)間，保證表面質(zhì)量，要保證烘干質(zhì)量，開好出氣孔。使用外冷鐵，以保證內(nèi)部無(wú)縮孔、疏松等缺陷。胃口處用易割片，以方便切割冒口，鑄造工藝見(jiàn)圖l。
    清理工作在鑄造之后熱處理之前進(jìn)行。清鏟中容易出現(xiàn)廢品為澆道切割裂紋，必須防止，不可大意。澆道、冒口、飛邊、毛刺等能用錘擊敲掉為好，但不能損壞鑄件。不能用錘敲掉的澆冒口等用氣割割去，在切割前用割炬預(yù)熱切割表面至100～200℃，切割后留殘根1～1.5mm，切勿造成切割缺肉。如不用氣割，允許用氣刨，殘根留量為0.5～1mm。
4、熱處理
    熱處理目的是為獲得穩(wěn)定的馬氏體組織，消除內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到高硬度和高韌性的最佳配合。
4.1試樣制備
    為了測(cè)試沖擊韌度和硬度，觀察金相組織，試樣采用熔模精密鑄造，鑄成10mm×10mm×55mm梅氏無(wú)缺口沖擊試樣毛坯。沖擊試樣鑄型以數(shù)量為4×5呈45°角均勻分布在澆道周圍。試樣均經(jīng)850℃±10℃退火處理。經(jīng)磨削至標(biāo)準(zhǔn)的尺寸和表面光潔度。每一組試樣為3個(gè)，進(jìn)行熱處理工藝試驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)取平均值。
4.2淬火工藝試驗(yàn)
    淬火加熱采用SRTX-4-13高溫箱式電爐。試樣隨爐升溫，在500℃保溫25min，按爐子功率升溫至淬火溫度保溫15min淬入機(jī)油中。測(cè)定硬度與沖擊椎，結(jié)果如表2所示，淬火溫度與硬度和韌性關(guān)系如圖2、圖3所示。淬火工藝表明，930℃淬火的硬度與沖擊韌度較好。
4.3回火工藝試驗(yàn)
    回火采用RJJ-36-6井式回火電阻爐。將淬火后的試樣分別按7種回火溫度回火，試樣回火保溫時(shí)間為th，保溫終了出爐空冷。分別在880℃、930℃和980℃淬火，在200至500℃中的7種回火溫度回火試樣的力學(xué)性能見(jiàn)表3。試樣分別在880℃、930℃和980℃淬火，又分別按7種回火溫度回火的硬度與沖擊韌度值見(jiàn)圖4、圖5、圖6。
    從圖4可知，在880℃淬火不同溫度回火，在300℃回火時(shí)硬度為HRC55.1，沖擊韌度31. 58J／cm2為較佳力學(xué)性能。從圖5可知，在930℃淬火不同溫度回火，在250℃回火時(shí)硬度為HRC55,7，沖擊韌度33. 34J/cm2為較佳力學(xué)性能。從圖6可知，在980℃淬火不同溫度回火，在250℃回火時(shí)硬度為HRC56.2，沖擊韌度28 .4J/cm2為較佳力學(xué)性能。從圖2、圖3、圖4、圖5、圖6綜合對(duì)比分析得出，熱處理工藝以930℃淬火、250℃回火的力學(xué)性能更好。
5、金相組織
    ZG42Cr2MnS12MoCe鑄態(tài)組織為片狀珠光體。退火組織為細(xì)片狀珠光體，930℃淬火組織馬氏體。930℃淬火250℃回火為回火馬氏體組織。
6、耐磨性
    930℃淬火250℃回火的ZG42Cr2MnSi2MoCe鋼與冀東水泥廠引進(jìn)日本石川島播磨重工株式會(huì)社球磨機(jī)日本牌號(hào)為KX-601鋼的襯板實(shí)物取樣，均制成耐磨性試樣，在MI，-10型磨損試驗(yàn)機(jī)上對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)為：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)60r/min，螺矩2mm/r，螺旋軌跡長(zhǎng)14 .13m，選用砂紙S1C180#，載荷2.56kg，結(jié)果如表4。可見(jiàn)，ZG42Gr2MnS12MoCe鋼的耐磨性比KX-601鋼的耐磨性稍好。
7、新合金鋼與KX-601鋼性能對(duì)照
    表5為研制的合金鋼與日本KX-601鋼性能對(duì)比。從表5可知，ZG42Cr2MnS12MoCe鋼比KX-601性能稍好。
8、研制的合金鋼襯板剖析
8.1襯板取樣數(shù)據(jù)
    供給河北省冀東水泥廠∮4.5m×15 .11m球磨機(jī)第一倉(cāng)ZG42Cr2MnS12MoCe鋼襯板50噸(第一倉(cāng)襯板為840塊，共重41.16t)，抽查52#襯板取樣數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。
8.2襯板斷面硬度
    襯板用電火花加工機(jī)床取出10mm×lOmm×70mm立方形鋼芯，由工作面到背面進(jìn)行硬度測(cè)定。（試樣號(hào)：52）襯板斷面硬度分布見(jiàn)表7，斷面硬度差在HRC1以內(nèi)。
8.3襯板金相組織
    52#襯板金相組織為回火馬氏體如圖7所示。圖8為52#襯板抽取沖擊試樣試驗(yàn)后對(duì)斷口掃描的電鏡照片，是韌窩斷口，為韌性材料。
9、工業(yè)應(yīng)用效果
    ∮4.5m大型球磨機(jī)中合金鋼ZG42Cr2MnSi2Mo-Ce襯板，于1985年5月16日部分裝機(jī)于河北省冀東水泥廠4.5m×15.11m球磨機(jī)第一倉(cāng)與日本KX-601襯板進(jìn)行工業(yè)性對(duì)比試驗(yàn)，在第一倉(cāng)中段該襯板與日本襯板各16塊，拼成四方型。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)2620h后對(duì)磨耗進(jìn)行測(cè)定，該襯板的磨耗量為1.57g/t水泥，而日本襯板的磨耗量為2.5g/t水泥。在1998年12月1日經(jīng)磨損失效換下，使用13年，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)96360h (11年)，在運(yùn)轉(zhuǎn)期間無(wú)斷裂。在1986年12月26日通過(guò)的部級(jí)鑒定結(jié)論為該襯板主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到和超過(guò)日本同類產(chǎn)品技術(shù)水平，價(jià)格遠(yuǎn)低于日本同類產(chǎn)品。襯板的選材和生產(chǎn)工藝符合國(guó)內(nèi)條件，其技術(shù)性能適應(yīng)4m以上水泥磨第一倉(cāng)工況要求，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，為進(jìn)口的大型水泥磨機(jī)襯板立足國(guó)內(nèi)邁出一大步，并為國(guó)內(nèi)大型球磨機(jī)襯板材質(zhì)改進(jìn)提供了方向。
10、結(jié)論
    (1) ZG42Cr2MnS12MoCe是一種中合金馬氏體耐磨鋼，具有高硬度、高韌性和良好的抗磨損性能。經(jīng)10多年的跟蹤大型球磨機(jī)襯板生產(chǎn)使用效果驗(yàn)證表明，使用壽命長(zhǎng)、不斷裂，是制作大型球磨機(jī)襯板的可靠材質(zhì)。
    (2) ZG42Cr2MnS12MoCe成分設(shè)計(jì)合理，Ce使鋼種性能得到提高，符合國(guó)情，價(jià)格低廉。在磨損試驗(yàn)以及工業(yè)性對(duì)比試驗(yàn)的條件下，該鋼種達(dá)到并超過(guò)日本KX-601鋼的抗磨性，但前者技術(shù)指標(biāo)稍好。
    (3)該鋼種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，一般能生產(chǎn)低合金鋼的鑄鋼車間即可生產(chǎn)。鑄件清理無(wú)特殊要求，便于普遍推廣使用。
    (4)在10多年的推廣應(yīng)用中證實(shí)，此鋼種還可以用作球磨機(jī)的隔倉(cāng)板、磨頭襯板等；還可以制作錘式破碎機(jī)中小型錘頭、顎式破碎機(jī)顎板等。