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科恒第六代球磨机衬板材质介绍
作者:浏览量:时间:2014/11/5 11:35:28

第六代球磨机是电厂、水泥厂、矿山、化工、冶金等行业生产中的主要制粉设备,衬板则是保证球磨机正常运转的主要耐磨部件,目前广泛用于制造衬板的材料中,使用最多的是高锰钢,但当破碎物料受到的冲击并不强烈时,由于高锰钢具有的加工硬化性能不能充分得以发挥,使得高锰钢衬板表现出了磨损快,使用寿命短的弱点。因此国内一些高校、科研院所和耐磨材料企业先后开始研究替代高锰钢的材料,其中低合金耐磨铸钢是目前研究较多的一种新型衬板材料。在各类抗磨件中,80%以上是在中、低应力冲击磨损工况条件下使用,低合金钢由于具有较高硬度和足够韧性的综合性能,并通过调整成分与热处理工艺,可以在较大范围内控制硬度和韧性的合理匹配。这里总结了进入21世纪以来研制的新型低合金马氏体、贝氏体和马-贝体耐磨钢,在实际使用中,这些低合金钢表现出了较高锰钢衬板优良的使用性能。

1、低合金马氏体耐磨钢

由于低合金马氏体钢中存在的高位错板条状马氏体具有高的硬度,可以较好地抵抗磨损时裂纹的扩展,因此具有优异的力学性能和耐磨性,在中等冲击磨损条件下,同奥氏体高锰钢相比具有明显的优越性,综合性能高出高锰钢一倍多,因此近年来研制和开发的低合金耐磨钢中,以马氏体钢的应用最广泛。

碳是钢中影响各项性能的主导元素,一般而言,高碳耐磨钢耐磨性好而脆性大,因此低合金马氏体耐磨钢的碳含量主要是低碳如M-1、M-2号钢和中碳如M-3~M-8号钢,碳含量在0.26%~0.6%之间。低合金马氏体钢主要合金元素是Cr、Mo和Ni。铬能显著提高钢的淬透性,并固溶强化基体,提高钢的耐磨性,铬还能细化晶粒和提高钢的回火稳定性,Cr的含量一般为0.5%~3.2%;加入适量的钼能提高钢的淬透性、回火稳定性以及细化晶粒,钼还有抑制回火脆性,改善韧性的作用,但加入量过多将使成本提高,故加入量一般为0.1%~0.8%;镍和碳不形成碳化物,和铁以互溶的形式存在于钢中的α相和γ相中,使之强化,并通过细化晶粒改善钢的低温性能,强烈稳定奥氏体,提高钢的淬透性而不降低钢的韧性,但价格昂贵,Ni含量一般为0.2%~1.8%。

添加的微量合金元素主要为B、RE、V、Ti、Cu等。硼是强烈稳定奥氏体的合金元素,可替代Ni、Cr、Mo等贵金属以显著提高钢的淬透性,固溶在钢中的硼为0.001%~0.003%时提高淬透性最明显,含硼量超过0.005%时,韧性降低,所以严格控制钢中的含硼量。在钢中的钛是强碳化物形成元素,细化晶粒效果非常明显,可以消除一般热处理无法消除的一次结晶和晶界元素偏析,降低钢在250~400℃之间的回火脆性,亦可提高淬透性,代替部分贵重元素,如Ni、Mo、Cr等。稀土在钢中的有益作用日益受到重视,RE可以净化钢液,改善铸态结晶组织,细化晶粒,增加钢的致密度,改善夹杂物性质、形态和分布,降低有害杂质元素在晶界的偏析程度,使钢的韧性得到提高。M-6号合金中加入铜,铜不形成碳化物,以固溶态存在于基体中,可改善钢的韧度,提高淬透性。热处理主要是通过淬火和低温回火,淬火介质包括油、水、空气和水玻璃,以获得回火马氏体组织。

但低合金马氏体钢对化学成分控制和热处理工艺要求较高,淬火工艺操作不当或化学成分控制不好,极易引起材料的开裂;回火温度控制不好,易导致组织从回火马氏体向回火屈氏体过渡,在磨损过程中,回火屈氏体的加工硬化率较小,因而耐磨性也较低。另外,该钢主要靠马氏体基体硬度来抗磨,在高应力磨料磨损条件下,耐磨性提高不多。

2、贝氏体低合金耐磨钢

20世纪50年代,英国人Pickering等发明了Mo-B系空冷贝氏体钢。Mo和B的结合可以使钢在相当宽的连续冷却范围内获得贝氏体组织。Mo-B系或Mo系贝氏体钢的出现受到世人的重视。清华大学方鸿生等在研究中发现,Mn在一定含量时,可使过冷奥氏体等温转变曲线上存在的明显上、下C曲线分离;Mn与B结合,使高温转变孕育期明显长于中温转变,以此成功地用普通元素进行合金化,发明出Mn-B系空冷贝氏体钢。由于适量的Mn可导致其在中温下在相界处富集,对相界迁移起拖曳作用,与B共同作用容易获得贝氏体;同时Mn显著降低贝氏体相变驱动力,使贝氏体相变温度降低,细化贝氏体尺寸,改善韧性和强度。进入21世纪以来,国内冶铸工作者研制出了多种新型球磨机衬板贝氏体耐磨铸钢,实践中表现出了优良的综合力学性能和耐磨性。

3、贝氏体+马氏体的低合金耐磨钢

20世纪60年代,人们在某些低合金高强度钢中发现贝氏体-马氏体复相组织的强韧性优于单一马氏体组织。而且由于淬透性的原因,一些大型高强度低合金钢零部件淬火后常常含有一定量贝氏体-马氏体复相组织。因此,21世纪以来贝氏体-马氏体复相组织引起了人们的广泛重视,研制出了许多贝氏体+马氏体的低合金耐磨钢。

贝氏体(B/M)双相钢是以Si、Mn、Cr、Mo为主要合金元素,加入适量Ni、Cu、V、Ti、B、Y、RE的多元低合金铸钢,通过空淬加回火的热处理工艺,得到回火马氏体组织+贝氏体为主的组织,具有硬度和韧性高、耐磨性好等特点。当钢在连续冷却过程中通过贝氏体转变温度区时,过冷奥氏体分解为贝氏体,先析出的贝氏体将奥氏体晶粒进行侵害、细化,将原始奥氏体晶粒侵害成许多的细小区域,当冷却到Ms温度时,在贝氏体板条间隙中剩余过冷奥氏体全部转变为马氏体。板条马氏体为高强度相,具有很高的抗拉强度和硬度,但韧性较差。贝氏体组织则在具有较高强度的同时具有较好的韧性。因此,试样微观组织为贝氏体和马氏体双相组织时,其强度和韧性都得以保证。研究表明,上贝氏体-马氏体-马氏体混合组织恶化钢的性能,但下贝氏体-马氏体组织能够改善钢的强韧性,在断裂过程中当裂纹遇到下贝氏体-马氏体界面及马氏体板条束界时,裂纹韧脆转变温度,显示出比回火马氏体更高的强韧性。

4、结论

(1)低合金马氏体钢由于存在高位错板条状马氏体,在中等冲击磨损条件下,表现出较高锰钢优异的耐磨性能。

(2)加入合金元素Cr、Mo和Ni,适当加入微量合金元素V、Ti、B、RE、W、Nb、Ta、Y等获得贝氏体低合金耐磨钢,具有优良的综合力学性能和耐磨性。

(3)通过空淬加火的热处理工艺,得到回火马氏体+贝氏体为主的组织,具有硬度和韧性高、耐磨性好等特点。

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