0、引 言
礦石破碎、研磨和礦粉輸送過程中，需要消耗大量的耐磨材料。目前
破碎機(jī)鄂板和球磨機(jī)襯板主要采用高錳鋼制造，球磨機(jī)磨球主要使用鍛鋼球和低鉻鑄鐵球，少數(shù)使用高鉻鑄鐵球，輸送礦粉的管道主要采用普通鋼管。高錳鋼是一種強(qiáng)韌性，并且有優(yōu)良形變硬化能力的鋼種，在三向擠壓狀態(tài)下高錳鋼的加工硬化非常明顯，表面硬度可達(dá)910 Hv。但用于球磨機(jī)襯板，加工硬化后，500 Hv以上的硬化層深度不足0.2 mm，距表面1.8 mm處的硬度僅為260 Hv，接近高錳鋼襯板的原始硬度240 Hv，見圖1(a)。用于破碎機(jī)鄂板，加工硬化也不明顯，見圖1(b)。高錳鋼用于制造襯板和鄂板，加工硬化效果差，使用壽命短。普通鍛鋼球和低鉻鑄鐵球淬透性差，磨球內(nèi)部硬度低，耐磨性低，球耗高。高鉻鑄鐵球中合金元素含量高，成本高。普通鋼管硬度低，耐磨性差，用于礦粉輸送磨損快，更換頻繁。因此，研制生產(chǎn)工藝簡便、成本低、耐磨性好的材料，以滿足礦石破碎、研磨和礦粉輸送的要求，是礦山行業(yè)亟待解決的課題。
1、合金成分設(shè)計(jì)
貝氏體組織的內(nèi)應(yīng)力一般低于馬氏體組織。在外加負(fù)荷和相對運(yùn)動(dòng)的磨粒磨損過程中，組織中殘余內(nèi)應(yīng)力越大，裂紋越易擴(kuò)展，促使磨損加速。因此在硬度相當(dāng)時(shí)，貝氏體組織耐磨性優(yōu)于馬氏體組織。因此，為保證有較高的硬度和韌性，應(yīng)使金屬基體組織以貝氏體為主，其設(shè)計(jì)合金成分見表1。
2、低合金貝氏體鑄鋼的熔煉和熱處理
2.1低合金貝氏體鑄鋼的熔煉和鑄造
用50 kg中頻感應(yīng)電爐熔煉低合金貝氏體鑄鋼。用生鐵、A，廢鋼、碳素鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鉬鐵配料，溫度升至1580~1660C，經(jīng)鋁脫氧后出爐。澆包內(nèi)預(yù)先放置有釩鐵、鈦鐵、硼鐵和稀土，用沖入法對鋼水進(jìn)行微合金化和變質(zhì)處理。用干模鑄型澆注Y型試塊，進(jìn)行性能測試，鋼水澆注溫度1420~ 1480℃。
2.2熱處理工藝研究
為了改善低合金貝氏體鑄鋼的機(jī)械性能和耐磨性能，需要進(jìn)行熱處理。不同冷卻方式對低合金貝氏體鑄鋼硬度的影響見圖2，低合金貝氏體鑄鋼因含有較多提高淬透性的元素，具有良好的淬透性，在空冷條件下可以淬硬。
淬火溫度對低合金貝氏體鑄鋼硬度和沖擊韌性的影響見圖3。溫度低于920℃時(shí)，隨著淬火溫度升高，硬度升高，之后隨淬火溫度升高，硬度反而下降，但在860~ 950℃，低合金貝氏體鑄鋼具有很高的淬硬性能。這是因?yàn)榇慊饻囟容^低時(shí)，溶于高溫奧氏體中的合金元素少，淬火組織中除了出現(xiàn)貝氏體、馬氏體組織外，還有少量珠光體組織出現(xiàn)；淬火溫度過高，溶入高溫奧氏體中的合金元素增多，奧氏體穩(wěn)定性增強(qiáng)，淬火組織中有部分殘留奧氏體存在，因此硬度反而下降。隨著淬火溫度升高，低合金貝氏體鑄鋼晶粒不斷長大，沖擊韌性下降。
回火溫度對低合金貝氏體鑄鋼硬度和沖擊韌性的影響見圖4，回火溫度低于400℃時(shí)，硬度值變化不大，表明這種鋼具有良好的抗回火穩(wěn)定性。回火溫度高于400℃時(shí)，隨著回火溫度升高，硬度降低。回火溫度低于350℃時(shí)，隨著回火溫度升高，沖擊韌性提高；超過350℃后，隨著回火溫度升高，沖擊韌性降低，在450℃左右達(dá)到最低值；超過450℃，沖擊韌性隨回火溫度升高而增大。
出現(xiàn)上述結(jié)果的主要原因是：用較低溫度回火時(shí)，在貝氏體／馬氏體復(fù)相組織中析出均勻彌散并和基體保持共格關(guān)系的s碳化物，降低了貝氏體／馬氏體復(fù)相組織的含碳量，從而增加鋼的韌性，另外，鋼在低溫回火時(shí)殘余應(yīng)力的消除也有利于提高鋼的沖擊韌性。當(dāng)回火溫度升高到350℃時(shí)，鋼中s碳化物含量逐漸減少，而殘留奧氏體逐漸分解，同時(shí)析出與基體非共格的脆性滲碳體，導(dǎo)致鋼的沖擊韌性值降低。隨后，大量滲碳體從貝氏體／馬氏體復(fù)相組織中析出，明顯降低貝氏體／馬氏體含碳量，雖然滲碳體的含量也進(jìn)一步增加，但是此時(shí)鋼中貝氏體／馬氏體的含碳量較低，基體具有很高的韌性，因此回火溫度高于450℃后，鋼的整體韌性開始回升。多元低合金貝氏體鑄鋼回火溫度選擇在330~380℃是較合理的。
3、低合金貝氏體鑄鋼的性能
低合金貝氏體鑄鋼的性能見表2，為便于比較，表2中還列出了高錳鋼、40Mn2鍛鋼球、低鉻鑄鐵球、高鉻鑄鐵球、16Mn鋼的力學(xué)性能。低碳低合金貝氏體鑄鋼具有較高的韌性和適宜的硬度，可用于制造球磨機(jī)襯板和破碎機(jī)鄂板，此外，它還具有較好的焊接性能，也可用于制造礦粉輸送管道。高碳低合金貝氏體鑄鋼具有高硬度和適宜的韌性，特別適宜于制造磨球。在MLD - 10型動(dòng)載沖擊磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了材料磨損試驗(yàn)，試樣尺寸為10 mm×10 mmx30mm，沖擊功分別為1.0 J和5.0 J，磨料為1—2 mm的精制石英砂，流量為450 ml/min，用相對耐磨性8表示材料耐磨性，p=標(biāo)樣（正火20#鋼）磨損失重( mg)/試樣磨損失重(mg)。各種材料的沖擊磨損試驗(yàn)結(jié)果見圖5。結(jié)果表明，在低沖擊功下，高碳貝氏體鑄鋼和高鉻鑄鐵具有最好的耐磨性，而在高沖擊功下，低碳貝氏體鑄鋼具有最好的耐磨性。這是因?yàn)椴牧铣惺軟_擊磨料磨損時(shí)，磨損率由兩部分組成，即w，= We+Wf，其中Wr為切削機(jī)制引起的磨損，由式W(.=KP/H知，它主要決定于材料的硬度；而Wf為疲勞機(jī)制引起的磨損，式中，為單軸拉伸時(shí)的斷裂應(yīng)變，反映材料的塑性，因此疲勞磨損與材料的硬度和塑性兩個(gè)因素有關(guān)。在低沖擊功下，材料的磨損以切削為主，以疲勞磨損為輔，高碳貝氏體鑄鋼和高鉻鑄鐵硬度高，所以耐磨性最好。在高沖擊功下，材料的磨損以疲勞為主，以切削為輔，低合金貝氏體鑄鋼具有較優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，因此耐磨性最佳。
4、低合金貝氏體鑄鋼在礦山的應(yīng)用
在實(shí)驗(yàn)室工作的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)場進(jìn)行了低碳貝氏體鑄鋼破碎機(jī)鄂板、球磨機(jī)襯板和礦粉輸送管道以及高碳貝氏體鑄鋼磨球的工業(yè)試驗(yàn)，使用結(jié)果見表3。低合金貝氏體鑄鋼鄂板和襯板使用安全，使用中從未出現(xiàn)斷裂，使用壽命比高錳鋼提高2倍以上，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率提高3%以上。低合金貝氏體鑄鋼成本為5000~5500元／t，高錳鋼成本為5000元／t，16Mn鋼管道成本為5500元／t，高鉻球成本為7500~ 8000元／t，40Mn2和低鉻球的成本為3500~ 4000元／t，可見在礦山行業(yè)推廣應(yīng)用低合金貝氏體鑄鋼具有很好的效果，可提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低礦石破碎和研磨以及礦粉輸送的成本。
5、結(jié) 論
(1)以Si、Mn、Cr為主要合金元素，加入適量Mo、V、Ti、B、稀土的多元低合金鑄鋼，空冷后可獲得以貝氏體為主的組織，具有硬度和韌性高、耐磨性好等特點(diǎn)。
(2)空冷貝氏體鑄鋼具有良好的抗回火穩(wěn)定性，回火溫度高于400℃時(shí)，隨著回火溫度升高，硬度降低。回火溫度低于350℃時(shí)，隨著回火溫度升高，沖擊韌性提高；超過350℃后，隨著回火溫度升高，沖擊韌性降低，在450℃左右達(dá)到最低值。
(3)低合金貝氏體鑄鋼用于制造礦石破碎機(jī)的鄂板和研磨礦粉的球磨機(jī)襯板，使用壽命比高錳鋼提高1.5~2.5倍，用于生產(chǎn)球磨機(jī)磨球，球耗比40Mn2鍛鋼球和低鉻鑄鐵球低50%~80%，與高鉻鑄鐵球相當(dāng)，用于制造礦粉輸送管道，壽命比16Mn鋼提高3—4倍。低合金空冷貝氏體鑄鋼生產(chǎn)工藝簡單，貴重合金元素加入量少，生產(chǎn)成本低，應(yīng)用于礦山行業(yè)，可明顯提高破磨設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低礦粉加工成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。
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1、
顎式破碎機(jī)
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