国内外耐磨衬板发展现状

国内外耐磨衬板发展现状

摘要：本文针对冶金机械中刮板机衬板，铁矿烧结机衬板，球磨机衬板，运煤系统等的磨损问题，对国内外常用各类耐磨衬板进行对比，指出各类耐磨衬板的耐磨性能，耐高温性能，抗冲击性能及经济效益的优劣，并指出其所适合的工况类别，最后展望了国内外耐磨衬板领域研究的发展趋势。

关键词：耐磨白口铸铁衬板；高锰钢衬板；磁性衬板；双金属复合耐磨板；合金衬板

耐磨衬板，是指耐磨钢板通过切割、卷板变形、打孔和焊接等生产工艺加工，用于运输和丌采设备上的耐磨部件。冶金、矿山、机械、铁路、建材、煤炭、电力、化工、农机和军工等各部门均使用大量的耐磨材料。目前，国内外广泛使用高锰钢作为设备耐磨材料的首选。然而许多研究结果表明，在弱冲击载荷作用下，高锰钢并不耐磨。因为水韧处理后的高锰钢，初始硬度低(仅HRC20左右)，在中等冲击载荷作用下不能产生足够的加工硬化，导致强度和韧性均不足。所以国内外纷纷研制新的耐磨材料取代高锰钢作为新的耐磨材料。选择适应不同情况的衬板材料可使物流顺畅，经久耐用，是实现安全、文明生产的一大课题。

1.耐磨白口铸铁衬板

耐磨白口铸铁可分为普通白口铸铁和高铬白口铸铁两个发展

阶段。是历史上主要的耐磨件。

1.1普通白口铸铁

在战国时期出土的农具文物金相组织中发现了蠕虫样石墨组织，这就是可锻铸铁，成分测定表明其为低硅高碳高锰高硫的完全白口组织[1]。普通白口铸铁合金元素含量很低，硬质点少，显微组织是P+网状渗碳体或低温莱氏体。网状渗碳体脆性大，裂纹倾向明显，极易断裂和磨损失效。但是由于它生产工艺简单，在历史上被应用了很长一段时间。一些学者对白口铸铁的微合金化做了不少研究，一定程度上改善了白口耐磨铸铁的力学性能和使用性能。白口铸铁在等温淬火热处理后得到贝氏体组织，内部的粒状的共晶碳化物可以提高冲击韧性，被用来制造小型耐磨衬板[2]。

不添加合金元素的普通白口铸铁，工程上被应用于：

（1）耐磨性要求不高的抗磨铸件。

（2）可锻铸铁白口胚件。

用于抗磨铸件的化学成分特点为含碳量高、含硅量低，目的是增加渗碳体数量提高耐磨性。可锻铸铁白口胚件的成分却含硅相对偏高，含碳偏低，以加速石墨化退火过程，改善退火石墨形状。

1.2高铬铸铁

其基体组织硬度很高，在低冲击载荷下能较好地抵抗切削磨损，铁铬碳化物颗粒作为硬质相镶嵌在基体上，基体起了支撑作用并能减缓切削效果，从而使高铬铸铁具备了很好的耐磨性。其缺点是冲击韧性和抵抗裂纹扩展的能力差。当载荷增大时容易在碳化物颗粒处萌生微裂纹，有可能使工件断裂而整体失效。并且

在冲击和凿削的双重作用下极易出现疲劳脆性，使耐磨性降低。为克服上述缺点，近年来有学者研究开发了低合金耐一磨铸钢。低合金耐磨铸钢冲击韧性高于铸铁，组织中贝氏体铁素体条与残余奥氏体薄膜相间排列，在大的冲击载荷下，残余奥氏体会诱发马氏体相变和塑性变形，可吸收30%以上的冲击功，减少裂纹的萌生与扩展，从而提高了整体耐磨性，可代替高铬铸铁作为新的耐磨件。

高铬铸铁具有优异的抗磨能力，良好的韧性和抗蚀性。在采矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等方面应用十分广泛，常见于衬板，锤头，磨球材质。80年代以后更被广泛用于抛丸清理机的室体制作和抛丸器叶片、衬板的制作上，能非常有效防止高速密集的弹丸束击穿钢板壳体。目前，高铬铸铁在高等级公路大型施工成套设备[3]中的应用范围正在扩大，具有广泛的应用前景。

2.高锰钢耐磨衬板

高锰钢是历史最悠久的一种耐磨材料，是由英国Robert Hadfield于1882发明的，故亦称Hadfield钢[4]。奥氏体高锰钢最初是在纯铁中加入锰铁得到的，经水淬后得到单相奥氏体组织。1883年，Hadfield获得英国专利，在随后几年里测定了它的物理性能及工艺性能。1892年，第一次使用这种材料制作铸件。18%年确定了它的热处理的水淬温度。1902年进一步确定了高锰钢铸件的水淬为980℃- 1050℃,以保证钢的韧性和强度。后来经不断研究将碳含量大体确定为1.2%左右，锰含量定为12%-13%左右，

并且一直沿用到现在[5][6]。

高锰钢作为一种优良的耐磨材料，它具有良好的耐磨性加工硬化，但如果工件受不到足够的冲击力或摩擦力，就不会产生充分的加工硬化现象，工件的耐磨性也就大为降低[7]。对于厚大断面工件，芯部常常出现碳化物而降低其使用性能；寒冷条件下使用的高锰钢常出现脆断现象；而在湿磨条件下面临腐蚀磨损的向题[8]。这些实际应用过程中经常出现的问题，又促使人们在的基础上寻找新的解决方法[9]。

在我国，从上世纪五六十年代起至今广泛使用高锰钢作为设备的耐磨材料。高锰钢成了耐磨材料的代名词。人们几乎把高锰钢作为一种万能的耐磨材料来使用，然而在实践过程中发现[11]，高锰钢的起始硬度低，如果在使用中不能发生加工硬化，就无法发挥高锰钢潜在的耐磨能力。许多研究结果表明，在弱冲击载荷作用下，高锰钢并不耐磨。因为水韧处理后的高锰钢，初始硬度低，仅为HRC20左右，对使用后的高锰钢衬板分析测试发现，其表面硬度只有HRC30-40，硬化层深度只有0.05-0.1cm，在中等冲击载荷作用下不能产生足够的加工硬化，强度和韧性均不足，是衬板磨损非常严重的原因所在。

高锰钢衬板可用于球磨机，破碎机,装载机,挖掘机,刀具,推土机挖斗及刀板,螺旋输送机等耐磨损结构件制作设备。可采用气割加工,进行各种焊接.尽管钢板的强度很高,但冷弯性能良好,可进行冷加工成型。高锰钢主要用途如下：

（1）冶金工业：主要用在烧结和炼铁等、料仓衬板、料车、

喉管、布料器及底座、料斗、管道、泵壳、破碎机部件、出渣槽、风机、振动筛等；

（2）水泥工业：冲击盘、管道、泵壳、磨机内衬、破碎机零件、出渣槽、各种底盘、振动筛等；

（3）电力工业：出灰管、料仓、风机叶片、燃烧器管线、输料槽和料斗内衬、破碎机部件、磨煤机部件、空气处理系统和运输机；

（4）煤炭行业：主要用于洗选煤和采掘及矿物运输、卡车货槽衬板、料仓内衬、输料槽内衬、破碎机部、盖板、耐磨棒和耐磨板；

高锰钢衬板用于冶金工业上时，主要被用于球磨机用耐磨衬板。球磨机高锰钢衬板是用来保护球磨机筒体，使球磨机筒体免受研磨体和物料直接冲击和磨擦，同时也可利用不同形式的高锰钢衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。球磨机高锰钢衬板有三大特点：

（1）高耐磨、耐冲击：球磨机高锰钢衬板经科学合理的合金元素配方，使该球磨机衬板具有良好的理化性能，硬度HRC45－55以上，冲击韧性值25J以上，使用寿命是高锰钢的2倍以上。能够承受巨大的冲击力度。在工作中能长期保持衬板的表面形状，以保证磨机稳定提高5%以上的产量。

（2）高强度、高韧性：在球磨机高锰钢衬板淬火过程中，采用热稳定性能好的专用双介质淬火剂为介质，使产品达到高强度、高硬度和高韧性的配合，以满足了耐磨损的工艺要求。

（3）高性价比、适应性能强：球磨机高锰钢衬板经先进的工