大型球磨机衬板材料的研究和应用朱军\杨军12（1.西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055；2.西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，陕西铬为主要合金元素，并加入少量钛、钙、硼、钇、钾、见等元素，改善钢的组织和淬透性。新材料具有足够的淬透性和淬硬性，经油冷淬火和中温回火处理后，硬度大于55 HRC，冲击韧性大于25J/cm2，断裂韧性大于40MPa ml/2.用于制造大型球磨机衬板，耐磨性比高锰钢衬板提高1倍以上，生产成本降低15%，具有很好的经济效益。

　　炼钢过程中使用的脱氧剂带入的硅的残存含量具有强化基体的合金化作用，使屈服强度提高。硅降低降低钢球磨机衬板除了承受研磨体与物料的冲击和磨损之外，还有提升研磨体的作用。随着物料粉磨技术的快速发展，球磨机趋于大型化，对衬板材料的性能提出了更高的要求，提高其耐磨性是广大材料工作者重点研究的课题。目前广泛应用的衬板材料主要有3大类：①高锰钢；②低、中合金耐磨钢；③高铬铸铁。高锰钢应用广泛，但多限于冲击大、应力高、磨料硬的情况下而且其屈服强度低、易于变形。

　　低、中合金耐磨钢是以硅、锰为基础，加入铬、钼、镍以及其它微量元素而发展起来的，具有较好的强韧性低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的不足，耐磨性较差。高铬铸铁组织中含有超过20%的高硬度共晶碳化物，具有优异的耐磨性，但有合金元素含量高、生产成本高及高温热处理易变形和开裂的不足，普通白口铸铁和低合金白口铸铁碳化物硬度低，碳化物呈连续状分布，脆性大，使用中易剥落甚至开裂。因此，开发生产工艺简单、成本低、强韧性高、淬透性与淬硬性好，且无污染的大型球磨机衬板材料，取代目前广泛使用的普通钢铁耐磨材料，具有重要的意义。

　　1衬板成分设计衬板化学成分见表1，成分设计理由如下。

　　温度为丨也48050浇注15j0的韧性和耐磨性；锰在一定条件下能推迟高温亚共析铁素体转变，使形成贝氏体组织的临界冷却速度减小，提高贝氏体形成的能力；格有固溶强化、提高钢的淬透性、增加钢的抗回火稳定等作用，随其在钢中含量的增加，可能形成（Fe，Cr）3C、（Fe，Cr）7C3、（Fe，Cr）23C6等多种碳化物。铬在奥氏体中溶解度很大，强化奥氏体但不降低韧性。铬在回火时阻止或延缓碳化物的析出与积聚，使其保持分散，有利于提高强度和硬度，且性能稳定；在钢中加入微量钛，可以明显细化铸钢晶粒，减少枝晶偏析，提高钢的强度和韧性。主要原因是钛与铸钢中的N、C形成高熔点化合物Ti（C，N），这种化合物有助于铸钢的晶粒细化，使枝晶间和枝晶内的碳和合金元素分布均匀。钙的脱氧能力很强，还对铸钢中夹杂物具有显著变质作用，加入适量钙可将铸钢中的长条状硫化物夹杂转变为球状的CaS或（Ca，Mn）S夹杂，降低铸钢脆性和提高铸钢铸造时抗热裂性；硼作为微量元素加入钢中，能显著提高钢的淬透性，添加0.001%B对提高钢淬透性的效果就相当于添加2%Ni和0. 2%Mo；含钾、钠元素的变质剂处理有色金属已被广泛应用，用于黑色金属变质处理不多见。钾、钠变质剂处理白口铁，可改善碳化物形态和分布、提高铸铁韧性及耐磨性。钾、钠加入钢中可降低钢的初晶结晶温度，合金的结晶过冷度增大，形核率增加，初生晶奥氏体晶核增多，初晶奥氏体细化，共晶反应时残留钢液相互被隔开，导致共晶组织的细化；稀土加入钢中具有脱硫、除气的作用，根据稀土夹杂物生成的热力学条件和应用实践，稀土元素与氧和硫的亲和力显著大于锰和铝等，稀土元素容易与氧、硫发生共晶反应，生成小球状的RE2O2S、RE2S3等稀土夹杂物，改善中高碳多元低合金钢沿晶界产生的脆性断裂。稀土是表面活性元素，可以增大结晶核心产生速度，晶粒的细化，有利于提高钢的塑韧性。

　　2大型球磨机衬板的制造和应用2.1衬板的熔炼和铸造在1.5t酸性中频无芯感应电炉中冶炼。热炉装料，娃铁、锰铁和铬铁随料装入。炉前调整成分合格后将温度升至16001650*C，加铝脱氧后出炉。钾、钠、钙的变质剂、钛铁、硼铁和稀土合金破碎至粒度小于50mm，经烘干后用包内冲入法进行复合变质处理。为了提高钢液纯净度，开发了钢包底部安装透气砖吹氩技术，通过陶瓷透气砖向钢液中吹入氩气，搅动除气、除渣，减少气体和夹杂物含量。吹氩后钢液中夹杂物明显减少，有利于改善钢的强韧性。

　　钢液处理好后，采用底注法浇入水玻璃砂型，浇注2次。浇注完10h，当铸件表面温度不超过600°C时，开箱脱模，清理浇冒口。

　　2.2衬板的泮火和回火处理低合金钢铸造组织粗大，存在着严重的枝晶偏析，影响材料的韧性和强度，必须通过热处理来改善组织状况。低合金钢铸态易获得魏氏组织，常规热处理难以消除遗传性。消除或改善组织遗传性的有铁素体低温再结晶及奥氏体高温再结晶机制。提高奥氏体化温度的实质是利用高温奥氏体自发再结晶，随着奥氏体化温度提高，珠光体铁素体向奥氏体发生转变，产生体积变化，形成组织应力，加上热应力，使奥氏体内硬化，在一定的温度下发生再结晶，形成细小的、位向不同的新晶粒。衬板的奥氏体化温度为9801000*C，保温时间2h，淬入油池，当衬板表面温度低于300 *C时，入炉回火，温度320360*C，保温24h.组织见，由回火马氏体+残留奥氏体组成。

　　分类平均值硬度/HRC抗拉强度/MPa伸长率（％）冲击韧度/ 5000元/t，比高铬铸铁和镍硬铸铁衬板低50%以上，使用寿命比高锰钢衬板提高1倍以上，价格比高锰钢降低15%以上。

　　3结论针对球磨机衬板的使用要求，开发了耐磨衬板新材质，其成分w为：0.硬度大于55HRC，抗拉强度大于1 300MPa，冲击韧性大于25J/cm2，断裂韧性大于40MPa*m1/2；新材质衬板在4.5m的大型球磨机上应用，安全可靠，使用寿命比高锰钢衬板提高1倍以上，价格比高锰钢降低15%以上。