耐磨衬板材料选用

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。黄骅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。黄骅港主要负责装卸煤炭，这就必须要消耗大批量的衬板！黄骅港虽新建才5年，但每年消耗的衬板却高达几百吨！这样算来我国所有煤炭和矿石港口所消耗的衬板每年在数十万吨以上！目前我国港口的设备使用的衬板等易损件一般都采用ZGMn13高锰钢材质。ZGMn13奥氏体高锰钢的冲击韧性很高，但原始硬度不够，受冲击时奥氏体高锰钢表面冲击硬化效应不能充分产生，高锰钢表面达不到高硬度，则衬板很快被磨损。同时高锰钢的屈服极限（δ0.2）较低（约为350Mpa左右），在使用中，尤其是使用前期易发生塑性变形。另外漏斗衬板和装卸煤炭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HRC3左右较宜，高锰钢在高冲击负荷下的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，致使衬板寿命短着直接的关系。

目前很多厂矿和港口使用的低铬铸铁、高铬铸铁衬板的硬度大大高于高锰钢材板硬度。高铬白口铸铁的共晶碳化物为六方晶系的（CrFe）7C3，硬度为

HRM501200-1800，比一般白口铸铁的共晶碳化物Fe3C3（HRV50840-1100）高，

同时通过调质其基本组织，韧性较普通白口铸铁大有改善。国内外对高铬铸铁的磨损机制、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、二次碳化物量及弥散度以及基体组织（马氏体、奥氏体、索氏体），从而调整性能，满足使用要求。近年来国内有关单位也开展了高铬铸铁衬板的研究，其耐磨性可达同工况下高锰钢的2倍以上。但这些材料的韧性仍嫌较低而且含钼、铜等合金元素，生产成本较高。黄骅港和大连通源环保有限责任公司联合对港口用高铬铸铁衬板进行研制，并取得了很好的使用效果。

一、高铬铸铁的成分设计

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C量提高，碳化物增多；随着Cr/C比的增加，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由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，高铬铸铁的断裂纹扩展能力最强。根据这些原理，宜将C量定为3.1-3.6%，Cr量为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。稀土复合变质剂的以上作用不仅改善材料的显微组织，而且可使材料的性能特别是冲击韧性明显提高。本高效稀土复合变质剂的加入量取0.2-0.5%为宜。

二、高铬铸铁的组织和性能

1．铸态

组织：索氏体+共晶碳化物及条状块状棒状碳化物。

硬度：HRC48.6，49.3，46.0，49.4，51.7。平均硬度：HRC49。

2．热处理态

经过“正火空冷+回火空冷”的热处理后，硬度平均为HRC60.5，金相组织为马氏体+共晶碳化物+条状块状棒状碳化物。

三、衬板铸件试制

1．熔炼工艺

熔炼在500kg酸性中频电炉中进行

（1）先往500kg酸性中频电炉中加入废钢和生铁熔清，再加入铬铁、钨铁、镍，调整铁水成分。

（2）在出铁前5-10钟内先后加入适量锰铁和硅铁。

（3）在出铁前2分钟左右加入0.05%纯铝脱氧。

（4）铁水出炉温度控制在1460-1500℃左右。

（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5分钟左右，扒渣。

（7）铁水浇注温度控制在1360-1400℃左右。

2．造型制芯工艺

造型工艺采用有机酯水玻璃砂工艺；

配料：下箱砂与芯砂：原砂（40/70目）100%+水玻璃5%（占原砂重）+有机酯12%（占水玻璃重）+EZK型溃散剂2.5%（占原砂重）。

上箱砂：原砂100%+水玻璃4.5%（占原砂重）+有机酯12%（占水玻璃重）不加溃散剂。

混砂工艺：原砂加溃散剂混1分钟→加有机酯混2-3分钟→加水玻璃混1-2分钟→出砂

型砂可使用时间：25-30分钟。

脱模时间：0.5-1.5小时。

涂料采用醇基锆英粉涂料，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。热处理在台车式电阻炉内进行，热处理工艺为“正火空冷+回火空冷”。铸件热处理后硬度平均为HRC60.5，冲击韧性8.J/cm2（10×10×55mm无缺口试样）。

四、装机试用

试生产的衬板装机运行试验在黄骅港神华黄骅港务公司装船一部S/R（堆取料机）-T8机房-SL3（装船机）生产率为6000T/h的流程中进行.煤炭莫氏硬度F=3-5。新型高铬铸铁衬板与高锰钢（ZGMn13）衬板同时间隔安装。试验从2004年6月10日开始，在使用2400小时，装煤120万吨后，新型高铬铸铁衬板与相同工况下的高锰钢衬板的质量变化情况对比表1。由表1可知：高铬铸铁衬板的耐磨性是高锰钢（ZGMn13）衬板的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能满足黄骅港运输煤炭的使用要求。