前言我国每年消耗各种耐磨件200万吨以上，广泛应用于冶金、矿山、建材、化工、机械等部门，如破碎机的锤头，球磨机的衬板、筛条、磨球，挖掘机的斗齿、铲齿，拖拉机的履带板等。

　　本文简要介绍一下国内矿山、水泥等行业有关球磨机衬板材质的研发及使用情况。

　　2国内球磨机衬板材质的开发和应用现状球磨机衬板多用耐磨钢制造。顾名思义，耐磨钢*主要的性能特点是高耐磨性。在两体静载磨料磨损条件下，钢的耐磨性主要取决于钢的硬度，硬度高则耐磨性也高，与钢的韧性无关；在三体冲击磨料磨损条件下，钢的硬度及韧性对其耐磨性均有影响，只有当钢同时具有高硬度及高韧性时，才可获得高耐磨性。

　　根据服役条件，耐磨钢的性能还应满足：①较高硬度、一定塑性；②足够韧性和脆断抗力；③高的应变疲劳和剥层疲劳抗力；④高淬透性和淬硬性（获得足够深的淬透层）；⑤良好的工艺性。

　　球磨机衬板材料要求高硬度、合适的金相组织与一定的综合性能，衬板工作表面具有良好的加工硬化性能，从而提高耐磨性。

　　传统的耐磨材料有两大类：一类是Mnl3等高合金为主的高锰钢系列，适用于冲击载荷较大的场合；另一类是高铬铸铁系列，适用于冲击载荷较小的耐磨场合。但高锰钢在低应力下，加工硬化效果不良，耐磨性能不理想，屈服强度偏低，易于变形，容易造成球磨机运行故障，而高铬铸铁成本较高，在冲击稍大的场合易断裂，这两种材质用于制造球磨机衬板均不理想。近年来国内对高锰钢材质进行了改进，并研制开发了系列低、中合金耐磨钢。

　　1高锰钢的奥氏体组织，具有较高的禚性和加工硬化性能。自1882年问世以来，已有100多年的历史，成为传统的耐磨材料，受到广泛的应用。我国20世纪五六十年代几乎把高锰钢作为万能的耐磨材料使用。但在使用实践中发现，高锰钢的耐磨性是有条的，只有在冲击大、应力高、磨料硬的情况下，高锰钢才耐磨。而且其屈服强度低、热膨胀系数较大，易于变形，拆卸困难，给球磨机运行带来许多不良影响，尤其在使用高硬度磨球后，故障表现更突出（衬板与磨球材质、硬度应该匹配）。因此，在许多领域已逐渐被其它耐磨材料所取代。高锰钢要扩大其应用范围，必须进行改进性研究，进一步提高其耐磨性。

　　2.1.1高锰钢材质的改进性研究1.1.1高锰合金化在各种磨损条件下，钢的耐磨性主要取决于钢的硬度。高锰钢以奥氏体为基，起始硬度不高（约200HB左右），屈服强度也低，易于变形。因此，提高其耐磨性和屈服强度的重要途径是采用合金化以强化基体。

　　如添加铬等引起固溶强化。铬是提高高锰钢耐磨性的经常使用的元素，增加铬在钢中的含量，改善了它的淬透性，并使整个铸件的断面上硬度更为均匀。钢中加人2% ~3%的铬，耐磨性提高20%~30%，冲击韧性下降不大，但继续增加含铬量时，耐磨性增加不明显，而冲击韧性Ak值下降很多。因此钢中加人的铬量不宜超过2%.加入钛形成碳化钛，可引起弥散强化。高锰钢中加入0.1%~0.15%的Ti，磨机锤头的耐磨性提高0.5~0.8倍。国内某些厂矿开发了MnBCrTi（14%>金矿山衬板，破碎硬矿石和中硬矿石，其使用寿命比高锰钢提高50%~70%.钒和钛一样，在钢中形成硬而细小分散、难熔的VC化合物，细化组织，提高钢的使用寿命。当加入0.4%.V时，铸态和淬火态高锰钢的耐磨性提高20%~30%，而加工硬化后则提高60%~7%，加人0. 7%V对高锰钢耐磨性的影响与加入6. 51%Cr相当。据有关资料介绍，某厂在高锰钢中加人0.25%~0.40%的V和0.03%~007%的Ti进行变质处理，球磨机衬板和颚式破碎1齿板的使用寿命提高了30%~40%.钼对高锰钢的性能有良好的影响。Mo熔人奥氏体，能抑制过冷奥氏体分解，当加人（）5%~0.6%M时，钢的强度、塑性和冲击韧性提高20% ~30%，耐磨性也提高20%~30%.但钼属稀贵金属，用钼合金化是不经济的。

　　0.12%V的作用，当高锰钢含有0 007%B时就可细化组织和改善性能，同时耐磨性提高15%~20%.稀土、钙和镁的加人，细化了钢的组织和改善了它的工艺性能。用1%~2%稀土微量合金化，高锰钢的机械性能平均提高20%40%，耐磨性能平均提高32%. 1.1.2中锰合金化~8%，得到中锰奥氏体钢。降低锰含量可提高Ms和Md点，使Ms低于室温和Md高于室温，水禚处理后单相奥氏体在室温下磨损中变形可以诱发马氏体相变，从而提高加工硬化能力，使耐磨性提高。国内研制的中锰钢有13Mn7、10Mn7Cr2等系列，与高锰钢相比，其禚性有所降低，耐磨性则有较大提高（1.5倍以上）。

　　由于高锰钢和中锰钢是在铸造状态下经水韧处理后使用，中间不经过任何压力加工，所以铸造低倍组织对耐磨性起着决定性的影响。在对其进行合金化的同时必须讲究铸造质量，才能充分发挥合金元素的作用。

　　铸造工艺应采用顺序凝固，同时增大帽口，保证补缩，尽量消除铸造缺陷，提高铸件的内在质量。

　　低、中合金耐磨钢是很有发展前途的一类耐磨钢。近年来，国内外均趋向于使用低、中合金耐磨钢制造衬板等矿山用耐磨件。因为低、中合金耐磨钢的硬度和强度高，冲击钿性也较高，并可以通过调整成分和热处理工艺，来调整其综合力学性能以满足服役条件的需要。国外这类低、中合金钢已广泛用于制造大断面球磨机衬板、挖掘机和推土机履带板、铲斗齿、齿轮等部件。

　　2.1低、中合金耐磨钢合金成分设计低、中合金耐磨钢合金成分设计主要考虑C、Mn、Si、Cr、M及其它微量元素（V、Nb、Ti、B、Re）的作用和含量。国内低、中合金耐磨钢系统从我国资源情况出发，以硅、锰系为基础，加人铬、钼及其它微量元素（Ti -Re等）形成了多元复合的以0-Mn-Si-Mo-其它微量元素为主的体系。

　　碳是影响低、中合金耐磨钢组织性能的关键元素，其变化幅度很大。低合金耐磨钢以中碳、中高碳为主，中合金耐磨钢以高碳为主，以与钢中的铬形成过剩碳化物充分发挥铬的作用。

　　Mn是显著提高淬透性的元素，一般添加1% ~2%，有资料表明：当锰含量在2%~3%范围内，与B相配合，可促进贝氏体转变，在较大冷速范围得到贝-马组织，获得空冷贝氏体钢。

　　Si在耐磨钢中主要起抑制回火脆，提高马氏体的回火稳定性，一般加人1%~1.5%.当硅加入量至2%~3%时，可强烈抑制贝氏体转变中碳化物的析出，获得无碳化物贝氏体，国内已在此基础上研制出新型奥-贝低合金钢。

　　Cr、Mo都是提高淬透性和回火稳定性的元素，钼还可改善性。铬是中合金耐磨钢的主加元素，其含量可达4% ~7%，低合金耐磨钢中铬的加入量一般为1%~3%.在性能要求较高的场所，可加人量B可提高淬透性，还可在锰的配合下获得空冷贝氏体钢；稀土元素（Re）可脱氧、去硫、清除有害杂质、夹杂物改性、细化晶粒、改善韧性，提高质量。

　　2.2低、中合金耐磨钢组织设计低、中合金耐磨钢的淬硬态的组织有马氏体（包括板马和片马）、贝氏体（上贝和下贝）、残余奥氏体和未溶碳化物等。根据金属学的理论可知：①板条状马氏体的韧性均高于片状马氏体；②下贝氏体禚性高于相同硬度的马氏体、上贝氏体；③残余奥氏体存在于马氏体板条或片间，也存在于贝氏体组织中。因其能使应力松弛，阻碍裂纹扩展，增加材料断裂所需的能量，而使韧性改善；④未溶碳化物会引起应力集中，形成裂纹源，有利于裂纹扩展，加速脆断，降低韧性。

　　不同组织的耐磨性取决于硬度和韧性。在硬度接近时，韧性越好，钢的耐磨性越好。由此可知：①板条状马氏体的耐磨性优于片状马氏体；②下贝氏体的耐磨性高于相同硬度的回火马氏体、上贝氏体；③残余奥氏体的作用取决于磨损类型。在低应力磨损条件下，残余奥氏体增多，硬度降低，耐磨性下降；高应力与冲击不大的磨损情况下，残余奥氏体增加，可抑制裂纹形成和扩展，阻碍变形和剥层疲劳磨损，而提高耐磨性；在较大冲击条件下，由于在冲击变形中残余奥氏体发生马氏体相变，体积膨胀，应力集中而发生脆性剥落，故过多的残余奥氏体对耐磨性不利；④在M/A组织中分布细小弥散的碳化物对耐磨性有利，而在硬基体中分布大块未溶碳化物，在高应力较大冲击下碳化物作为裂纹源引起脆性断裂剥落，对耐磨性不利。

　　根据以上分析，低、中合金耐磨钢应通过合金化成分控制和热处理获得以下组织状态：①下贝氏体或下贝-板马、下贝-残奥复合组织，可通过等温处理或连续冷却获得；②板马-残奥组织，可由一般淬火+低温回火获得；③Mt+Ar+K组织，是高碳低、中合金耐磨钢的基本组织，通过优化工艺获得基体为低碳板条马氏体加残奥，并分布有细小弥散碳化物的组织。

　　综上所述，理想的衬板材料应是：采用多元低合金化和适当的热处理钢工艺得到回火马氏体、贝氏体或马氏体+下贝氏体组织，强韧基体上均匀分布着高硬合金碳化物球团组织，其硬度应控制在HRC50~60之间，Ak值宜大于UJ/cm2. 3国内衬板研制及应用实例对国内研制开发的衬板进行了调研，现选取生产工艺简单、使用效果良好的几个品种进行简要介绍。

　　3.1中碳低合金耐磨钢的研制及在衬板上的应用（山东恒成机械厂）通过分析衬板在正常的工况条件下的磨损机理及材料相应的特性，确定衬板合理的组织和化学成分，研制中碳低合金耐磨钢ZG40Cr2SiMnMV，化学成分见表1.表1中碳低合金耐磨钢化学成分％25J.在山东铝厂和韩旺铁矿实际应用，使用寿命为高锰钢村板的2~3倍，成本持平，是高锰钢理想的替代材料。

　　3.2中碳多元稀土合金耐磨钢衬板的研制（西安理工大学）通过合理确定化学成分和对钢液进行复合变质处理，铸造的中碳多元稀土合金耐磨钢衬板ZG45Cr3SiMnMoVTiRe化学成分见表2.表2中碳多元稀土合金耐磨钢衬板化学成分％柳2“230T回火后其硬度可达到50HRC以上，Ak>20J.在水泥球磨机上使用表明：其寿命可达高锰钢的3倍以上，具有明显的社会经济效益。

　　3.3新型中碳多元低合金稀土耐磨钢衬板的研制和应用（武钢矿业）新型耐磨铸钢衬板合金元素含量低，不含锦、钛等贵重合金元素，价格低廉，熔炼容易控制。化学成分见表3.表3新型耐磨铸钢衬板化学成分％铸件经900空冷淬火和250低温回火热处理后，硬度可达HRC58以上，Ak多22J，2002年在武钢金山店铁矿湿式球磨机上装机试运行，结果耐磨性达到高锰钢（ZGMnl3）衬板的2.1倍。

　　3.4贝氏体铸钢衬板（西安建大北京冶金设备研究院）高C低合金贝氏体铸钢衬板空冷整体自硬，生产工艺简单，无需等温淬火处理，强韧性高，成本相对低廉。化学成分见表4.表4贝氏体铸钢衬板化学成分％热处理工艺：910风冷淬火和350炉冷回火。这种钢的淬火温度范围宽，回火稳定性好。硬度大于HRC60，Ak16J，在水泥磨机和矿石磨机上进行装机考核，结果表明：使用寿命比高锰钢提高5~2.5倍，生产成本仅提高30%，具有良好的经济效益。

　　38SiMn2BRe铸钢球磨机衬板的研制（包头钢铁学院）38SiMn2BRe铸钢衬板生产成本低于高锰钢衬板，使用寿命是高锰钢衬板的1.5倍。化学成分见表5.表538SiMn2BRe铸钢衬板化学成分％38SiMn2BRe铸钢经850T奥氏体化，水玻璃溶液淬火和200~250回火处理后获得了良好的机良好的淬透性和耐磨性。室温组织为M回+Ar.在包钢某铁矿湿式球磨机上运行，耐磨性是高锰钢衬板的1.5倍。

　　3.6低合金贝氏体铸钢衬板（西安交大）以Si、Mn、Cr为主要合金兀素，加人少量Mo、￥、11、8（铱基稀土）进行合金化和变质处理，化学成分见表6.表6低合金贝氏体铸钢衬板化学成分％适量+350回火条件下，获得了综合性能优良的贝氏体组织，硬度大于HRC52，A1O10J.用于制造研磨煤粉的破碎机锤头和球磨机衬板，制造成本是高锰钢的2倍，使用寿命比高锰钢提高3 ~5倍。属于高附加值产品。

　　3.7高碳Mo-B系贝氏体耐磨钢的工业生产与应用（钢研总院）高碳Mo-B系贝氏体耐磨钢ZG70CrMnMBRe具有高强度、高韧性、高硬度。化学成分见表7.表7高碳Mo-B系贝氏体耐磨钢化学成分％500丈回火）后，获得贝氏体为主的组织，硬度大于HRC50，A120J.在低应力和冲击条件下，耐磨性和使用寿命是高锰钢的1.5倍以上。经过10余年工业生产，工艺成熟，性能稳定，在金矿、铜矿、铅锌矿、水泥厂等广泛使用，取得了显著的经济和社会效益。

　　3.8稀土复合变质中碳耐磨铸钢在衬板、击锤类零件的应用（安徽机电学院）稀土复合变质中碳耐磨铸钢化学成分见表8.表8稀土复合变质中碳耐磨铸钢化学成分％适量适量铸件经1050空冷淬火和2HT1C低温回火热处理后得到回火马氏体。稀土复合变质能细化晶粒，增加淬火组织中板条马氏体比例和获得一定量的奥氏体组织，改善夹杂物形态、大小和分布，使中碳耐磨铸钢具有较高的综合力学性能，并克服了一般中碳耐磨钢热裂倾向大的缺点。在水泥、石料、钼矿、煤矿等处进行装机试验，用它生产出来的衬板、击锤、斗齿其耐磨性在相同工况条件下是高锰钢的2 1建议积极开发铁矿、水泥、石灰石、煤炭等行业用球磨机衬板，在此基础上深人开发高韧性、高耐磨性破碎机锤头等高附加值产品，努力实现品种规格多样化、精品化及制品化，以便迅速推广应用。

　　目前莱钢技术中心中试基地已先行开发出多元合金化球磨机衬板，用户使用情况良好。

　　4.2合理选用高效的新钢种，提高钢的冶炼、锻轧和热处理质量，是提高球磨机衬板寿命、降低生产成本的重要途径。

　　4.3根据我国国情研制高性能、长寿命、高的性价比和高效的新型球磨机衬板，取代传统的高锰钢和高铬铸铁，将会带来明显的技术效果和经济效益。我国的跑、￥、1、8、1、1%等合金资源丰富，多元中、低合金化球磨机衬板的研制和应用，可节约资源及贵重合金元素，降本增效，预期将有广阔的发展前景。

　　4.4考虑逐步配套、完善技术中心中试车间电渣重熔、锻制、机加工、热处理等后续深加工手段，以高附加值产品占领市场。

　　特邀编辑：张君法