摘要 介绍一种新型高韧性高格铸铁衬板的成分及作用，试制工艺；该耐磨衬板装机试用结果表明，其耐磨性是高锰钢衬板的2.6倍。
关键词 耐磨衬板 高铬铸铁 成分 应用
中图分类号 TB304 文献标识码 B
为适应神府、东胜煤炭外运的需要，国家决定建设西煤东运第二条大通道。黄哗港即为这条大通道的出海口，也是集矿、电、路、港、航一体化开发，产、运、销一条龙经营的神华系统工程的重要组成部分。黄弊港主要负责装卸煤炭，衬板消耗量大，每年消耗高达几百吨。衬板之类的易损件在装煤时承受煤炭的冲击，因此其材料应具良好的抗磨性能和一定的冲击韧性。目前我国港口设备使用的衬板等易损件一般都采用高锰钢（ZGMn13）材料，ZGMn13的冲击韧性很高，但原始硬度不够，受冲击时材料表面不能充分产生冲击硬化效应，表面达不到高硬度，同时高锰钢的屈服极限较低（约为350MPa），在使用中，尤其是使用前期易发生塑性变形。另外漏斗衬板与各种煤炭研磨介质之间还存在一个硬度匹配问题，研磨介质硬度一般应高于衬板硬度3 HRC左右较宜，高锰钢在高冲击负荷下，上述不足常常导致衬板的韧性有余而耐磨性不够，磨损失效快，而且变形严重，衬板寿命短。
目前很多厂矿和港口使用的低铬铸铁、高铬铸铁衬板，其硬度大大高于高锰钢。国内外对高铬铸铁的磨损机制、断裂机制、断裂韧性、裂纹扩展机理进行了一系列的研究，结果表明高铬铸铁可通过调整碳化物的大小和形态、二次碳化物数量和弥散度以及基体组织（马氏体、奥氏体、索氏体），来调整其性能，满足使用要求。黄弊港和大连通源环保有限责任公司合作研制了一种抗磨高铬铸铁（KmTBCr20NiWRe）衬板，并且在使用中已经尝到了甜头，受到公司物资采购部门的认可。
一、抗磨高铬铸铁的成分及作用
1．碳和铬
碳和铬的主要作用是保证铸铁中碳化物数量和形态。随着含C量提高，碳化物增多；随着Cr/C比值的增加，共晶碳化物的形貌经历了由连续网状→片状→杆状连续程度减小的过程，共晶碳化物晶体类型经历了M3C→M3C＋M7C3→M7C3的变化过程。有资料指出：当共晶碳化物不变，且Cr/C为6.6～7.1时，高铬铸铁的抗裂纹扩展能力最强。根据这些原理，宜将含C量策为3.1%～3.6%，含Cr量定为20%～25%。基体中的Cr还可以提高材料的淬透性。
2．镍
其作用是增加高铬铸铁的淬透性，抑制奥氏体基体向珠光体的转变，促进马氏体基体的形成。
3．钨
其作用是细化晶粒，提高硬度，增加耐磨性。
4．高效稀土复合变质剂
其作用是脱氧和去硫，从而抑制夹杂物在晶界的偏聚，改善晶界状况；另外，由于稀土元素偏聚、吸附在碳化物择优长大的方向上，使碳化物的生长受到抑制，从而使其变得均匀、孤立，而其他变质元素可以形成弥散分布的碳、氮化合物，阻止晶粒长大，从而细化晶粒。稀土复合变质剂不仅改善材料的显微组织，而且可使材料硬度特别是冲击韧性明显提高。高效稀土复合变质剂的加入量取0.2％～0.5％为宜。
5．高铬铸铁的组织和性能
高铬铸铁的组织为索氏体＋共晶碳化物及条状块状棒状碳化物；平均硬度为49HRC。经过”正火空冷＋回火空冷”的热处理后，平均硬度为60.5HRC，金相组织为马氏体＋共晶碳化物＋条状块状棒状碳化物。
二、衬板铸件试制工艺
1．熔炼
熔炼在500kg酸性中频电炉中进行。
(1)先往酸性中频电炉中加入废钢和生铁进行熔清，再加入铬铁、钨铁、镍，调整铁水成分。
(2)在出铁前5～10min内先后加入锰铁和硅铁。
(3)在出铁前2min左右加入0.05％纯铝脱氧。
(4)铁水出炉温度控制在1460～1500℃。
(5)在包内冲入1.4kg高效稀土复合变质剂进行孕育处理。
(6)往包内撒入适量保温聚渣剂覆盖，并镇静5min左右，扒渣。
(7)浇注温度控制在1360～1400℃。
2．造型制芯
造型工艺采用有机醋水玻璃砂工艺。
配料：①下箱砂与芯砂：原砂（40/70目）100%、水玻璃5%（占原砂重）、有机酷12%（占水玻璃重）、EZK型溃散剂2.5%（占原砂重）。②上箱砂：原砂100%、水玻璃4.5%（占原砂重）、有机醋12%（占水玻璃重），不加溃散剂。
混砂工艺：原砂加溃散剂混1min→加有机酷混2～3min→加水玻璃混1～2rnin→出砂，型砂可使用时间25～30min。
脱模时间：0.5～1.5h。
涂料采用醇基错英粉涂料，要求搅拌充分，均匀刷涂两次，加温快干。冒口采用漂珠保温套。试生产的铸件表面质量好，无铸造缺陷。
3．热处理工艺
铸件清理后，进行热处理，在台车式电阻炉内进行，热处理工艺为正火空冷十回火空冷。铸件热处理后硬度平均为15.5HRC，冲击韧性高达8J/cm2（10mm×10mm×55mm无缺口试样）。
三、装机试用
衬板装机运行试验在装船一部S/R（堆取料机）－T8机房－SU（装船机）生产能力为6000t/h的流程中进行。煤炭莫氏硬度3～5。高铬铸铁衬板与高锰钢（ZGMnl3）衬板同时间隔安装。在使用2400h、装煤120万t后，两者对比数据见下表，结果为高铬铸铁衬板的耐磨性是高锰钢的2.6倍。停机检查，未见衬板有裂纹。这表明，这种高铬铸铁衬板的韧性达到黄弊港运输煤炭的使用要求。
四、结束语
新型高韧性高铬铸铁衬板不含价格昂贵的钥、铜，采用了适合我国资源特点的高效稀土复合变质剂和铬，其硬度达到60HRC以上，冲击韧性和耐磨性均达到满意的效果。
