生产球磨机衬板的新型低合金耐磨钢

导读:贝氏体（B/M）双相钢是以Si、Mn、Cr、Mo为主要合金元素，加入适量Ni、Cu、V、Ti、B、Y、RE的多元低合金铸钢，通过空淬加回火的热处理工艺，得到回火马氏体组织+贝氏体为主的组织，具有硬度和韧性高、耐磨性好等特点。

生产球磨机衬板的新型低合金耐磨钢 球磨机是电厂、水泥厂、矿山、化工、冶金等行业生产中的主要制粉设备，衬板则是保证球磨机正常运转的主要耐磨部件，目前广泛用于制造衬板的材料中，使用最多的是高锰钢，但当破碎物料受到的冲击并不强烈时，由于高锰钢具有的加工硬化性能不能充分得以发挥，使得高锰钢衬板表现出了磨损快，使用寿命短的弱点。

因此国内一些高校、科研院所和耐磨材料企业先后开始研究替代高锰钢的材料，其中低合金耐磨铸钢是目前研究较多的一种新型衬板材料。

在各类抗磨件中，80%以上是在中、低应力冲击磨损工况条件下使用，低合金钢由于具有较高硬度和足够韧性的综合性能，并通过调整成分与热处理工艺，可以在较大范围内控制硬度和韧性的合理匹配。

这里总结了进入21世纪以来研制的新型低合金马氏体、贝氏体和马-贝体耐磨钢，在实际使用中，这些低合金钢表现出了较高锰钢衬板优良的使用性能。

1、低合金马氏体耐磨钢 由于低合金马氏体钢中存在的高位错板条状马氏体具有高的硬度，可以较好地抵抗磨损时裂纹的扩展，因此具有优异的力学性能和耐磨性，在中等冲击磨损条件下，同奥氏体高锰钢相比具有明显的优越性，综合性能高出高锰钢一倍多，因此近年来研制和开发的低合金耐磨钢中，以马氏体钢的应用最广泛。

碳是钢中影响各项性能的主导元素，一般而言，高碳耐磨钢耐磨性好而脆性大，因此低合金马氏体耐磨钢的碳含量主要是低碳如M-1、M-2号钢和中碳如M-3~M-8号钢，碳含量在https://www.flowerba.com/之间。

低合金马氏体钢主要合金元素是Cr、Mo和Ni。

铬能显著提高钢的淬透性，并固溶强化基体，提高钢的耐磨性，铬还能细化晶粒和提高钢的回火稳定性，Cr的含量一般为https://www.flowerba.com/；加入适量的钼能提高钢的淬透性、回火稳定性以及细化晶粒，钼还有抑制回火脆性，改善韧性的作用，但加入量过多将使成本提高，故加入量一般为；镍和碳不形成碳化物，和铁以互溶的形式存在于钢中的α相和γ相中，使之强化，并通过细化晶粒改善钢的低温性能，强烈稳定奥氏体，提高钢的淬透性而不降低钢的韧性，但价格昂贵，Ni含量一般为。

添加的微量合金元素主要为B、RE、V、Ti、Cu等。

硼是强烈稳定奥氏体的合金元素，可替代Ni、Cr、Mo等贵金属以显著提高钢的淬透性，固溶在钢中的硼为时提高淬透性最明显，含硼量超过时，韧性降低，所以严格控制钢中的含硼量。

在钢中的钛是强碳化物形成元素，细化晶粒效果非常明显，可以消除一般热处理无法消除的一次结晶和晶界元素偏析，降低钢在250~400℃之间的回火脆性，亦可提高淬透性，代替部分贵重元素，如Ni、Mo、Cr等。

稀土在钢中的有益作用日益受到重视，RE可以净化钢液，改善铸态结晶组织，细化晶粒，增加钢的致密度，改善夹杂物性质、形态和分布，降低有害杂质元素在晶界的偏析程度，使钢的韧性得到提高。

M-6号合金中加入铜，铜不形成碳化物，以固溶态存在于基体中，可改善钢的韧度，提高淬透性。

热处理主要是通过淬火和低温回火，淬火介质包括油、水、空气和水玻璃，以获得回火马氏体组织。

但低合金马氏体钢对化学成分控制和热处理工艺要求较高，淬火工艺操作不当或化学成分控制不好，极易引起材料的开裂；回火温度控制不好，易导致组织从回火马氏体向回火屈氏体过渡，在磨损过程中，回火屈氏体的加工硬化率较小，因而耐磨性也较低。

另外，该钢主要靠马氏体基体硬度来抗磨，在高应力磨料磨损条件下，耐磨性提高不多。

2、贝氏体低合金耐磨钢 20世纪50年代，英国人Pickering等发明了Mo-B系空冷贝氏体钢。

Mo和B的结合可以使钢在相当宽的连续冷却范围内获得贝氏体组织。

Mo-B系或Mo系贝氏体钢的出现受到世人的重视。

清华大学方鸿生等在研究中发现，Mn在一定含量时，可使过冷奥氏体等温转变曲线上存在的明显上、下C曲线分离；Mn与B结合，使高温转变孕育期明显长于中温转变，以此成功地用普通元素进行合金化，发明出Mn-B系空冷贝氏体钢。

由于适量的Mn可导致其在中温下在相界处富集，对相界迁移起拖曳作用，与B共同作用容易获得贝氏体；同时Mn显著降低贝氏体相变驱动力，使贝氏体相变温度降低，细化贝氏体尺寸，改善韧性和强度。

进入21世纪以来，国内冶铸工作者研制出了多种新型球磨机衬板贝氏体耐磨铸钢，实践中表现出了优良的综合力学性能和耐磨性。

3、贝氏体+马氏体的低合金耐磨钢 20世纪60年代，人们在某些低合金高强度钢中发现贝氏体-马氏体复相组织的强韧性优于单一马氏体组织。

而且由于淬透性的原因，一些大型高强度低合金钢零部件淬火后常常含有一定量贝氏体-马氏体复相组织。

因此，21世纪以来贝氏体-马氏体复相组织引起了人们的广泛重视，研制出了许多贝氏体+马氏体的低合金耐磨钢。

贝氏体（B/M）双相钢是以Si、Mn、Cr、Mo为主要合金元素，加入适量Ni、Cu、V、Ti、B、Y、RE的多元低合金铸钢，通过空淬加回火的热处理工艺，得到回火马氏体组织+贝氏体为主的组织，具有硬度和韧性高、耐磨性好等特点。

当钢在连续冷却过程中通过贝氏体转变温度区时，过冷奥氏体分解为贝氏体，先析出的贝氏体将奥氏体晶粒进行侵害、细化，将原始奥氏体晶粒侵害成许多的细小区域，当冷却到Ms温度时，在贝氏体板条间隙中剩余过冷奥氏体全部转变为马氏体。

板条马氏体为高强度相，具有很高的抗拉强度和硬度，但韧性较差。

贝氏体组织则在具有较高强度的同时具有较好的韧性。

因此，试样微观组织为贝氏体和马氏体双相组织时，其强度和韧性都得以保证。

研究表明，上贝氏体-马氏体-马氏体混合组织恶化钢的性能，但下贝氏体-马氏体组织能够改善钢的强韧性，在断裂过程中当裂纹遇到下贝氏体-马氏体界面及马氏体板条束界时，裂纹韧脆转变温度，显示出比回火马氏体更高的强韧性。

4、结论 （1）低合金马氏体钢由于存在高位错板条状马氏体，在中等冲击磨损条件下，表现出较高锰钢优异的耐磨性能。

（2）加入合金元素Cr、Mo和Ni，适当加入微量合金元素V、Ti、B、RE、W、Nb、Ta、Y等获得贝氏体低合金耐磨钢，具有优良的综合力学性能和耐磨性。

（3）通过空淬加火的热处理工艺，得到回火马氏体+贝氏体为主的组织，具有硬度和韧性高、耐磨性好等特点。

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球磨机金属衬板的发展现状

球磨机金属衬板的发展现状 衬板在工作时受到磨球及物料的冲击、磨剥作用以及磨损和腐蚀的交互作用，使得衬板表面材料的不断迁移。

目前球磨机越来越趋于大型化对衬板材料也提出了新的要求，要提高衬板的使用寿命及耐磨性问题，可以从两个方面来着手：一是研发新型的能适合工况的耐磨材料；二是从磨矿工艺方面来改善衬板所处的磨损环境。

下面就衬板的材质进行分类说明。

目前球磨机使用的衬板材料主要有以下三种：金属衬板（高锰钢衬板、合金钢衬板），磁性衬板和橡胶衬板。

金属衬板： 高锰钢是历史悠久的耐磨材料，是球磨机使用时间最长、最普遍的一种材料，它有良好的加工硬化性能及有良好的强度和韧性，并能在大冲击载荷作用下加工硬化，当高锰钢在强烈冲击后，产生加工硬化其表面硬度可由HB170~225提高到HB500~800，适用于带强烈冲击载荷的工况。

由于在中小型球磨机上，衬板所受的冲击不够，因而高锰钢难以产生加工硬化。

这样表面硬度低，其耐磨性不能充分被发挥出来，从而导致衬板的耐磨性降低，使用过程中衬板的磨损量增大，降低使用寿命缩短。

并且高锰钢屈服强度低，在使用过程中弯曲变形等现象。

因此传统的高锰钢替代是必然的趋势。

为了克服传统高锰钢的不足，可通过合金化、提高碳含量等手段，使得高锰钢屈服强度、硬度均有所提高，但在中小型球磨机中还是达不到完全加工硬化的效果。

而且高锰钢衬板重量大，使得每次检修时间长劳动强度大，这都给生产带来诸多不便。

高铬铸铁是国内外公认的耐磨性能较好的材料，含碳量和含铬量高，碳量决定碳化物的数量，铬量决定碳化物的类型。

高铬铸铁具有高硬度，又具有一定的韧性。

在水泥磨机衬板上的使用可取得良好的效果，一般使用寿命可达8年以上。

但在使用这类脆性材料时，衬板的受力面积宜减小厚度宜增加，这样才能充分发挥高铬铸铁耐磨性的潜力。

然而在湿式球磨机中采用高铬铸铁衬板时，由于相界腐蚀加速了衬板的磨损，虽使用寿命虽有所提高，但综合经济效益并不显著。

故高铬铸铁在湿式球磨机衬板上的使用难于推广。

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球磨机金属衬板与磁性衬板的发展现状

球磨机金属衬板与磁性衬板的发展现状 说一下球磨机衬板的发展现状，球磨机的衬板在工作时受到磨球及物料的冲击、磨剥作用以及磨损和腐蚀的交互作用，使得衬板表面材料的不断迁移。

目前球磨机越来越趋于大型化对衬板的材料也提出了新要求，要提高衬板的使用寿命及耐磨性问题，可以从两个方面来着手：一是研发新型的能适合工况的耐磨材料；二是从磨矿工艺方面来改善衬板所处的磨损环境。

下面就衬板的材质进行分类说明。

目前球磨机使用的衬板材料主要有以下三种：金属衬板（高锰钢衬板、合金钢衬板）、磁性衬板和橡胶衬板。

1、金属衬板：金属衬板一般都是高锰钢衬板，高锰钢是历史悠久的耐磨材料，是球磨机使用时间最长、最普遍的一种材料，我公司所生产的球磨机采用的也是高锰钢衬板，它有良好的加工硬化性能及有良好的强度和韧性，并能在大冲击载荷作用下加工硬化，当高锰钢在强烈冲击后，产生加工硬化表面硬度可由HB170~225提高到HB500~800，适用于带强烈冲击载荷的工况。

由于在中小型球磨机上，衬板所受的冲击不够，因而高锰钢难以产生加工硬化。

这样表面硬度低，其耐磨性就不能充分被发挥出来，从而导致衬板的耐磨性降低，使用过程中衬板的磨损量增大，降低使用寿命缩短。

并且高锰钢屈服强度低，在使用过程中弯曲变形等现象。

因此传统的高锰钢被替代是必然的趋势。

为了克服传统高锰钢的不足，可通过合金化、提高碳含量等手段，使得高锰钢屈服强度、硬度均有所提高，但在中小型球磨机中还是达不到完全加工硬化的效果。

而且高锰钢衬板重量大，使得每次检修时间长劳动强度大，这都给生产带来诸多不便。

高铬铸铁是国内外公认的耐磨性能较好的材料，含碳量和含铬量高，碳量决定碳化物的数量，铬量决定碳化物的类型。

高铬铸造铁既具有高硬度，又具有一定的韧性。

在水泥磨机衬板上的使用可取得良好的效果，一般使用寿命可达8年以上。

但在使用这类脆性材料时，衬板的受力面积宜减小厚度宜增加，这样才能充分发挥高铬铸铁耐磨性的潜力。

然而在湿式磨机中采用高铬铸铁衬板时，由于相界腐蚀加速了衬板的磨损，使用寿命虽有所提高，但综合经济效益并不显著。

故高铬铸铁在湿式磨机衬板上的使用难于推广。

2、磁性衬板：磁性衬板是一种新开发出来的耐磨衬板，现以广泛应用于国内大中型矿山磨矿作用中，并受到了良好的效果。

磁性衬板是靠磁力将钢球和磁性矿物粉吸附在衬板表面来抵御磨矿介质及物料对衬板的冲击、磨损，从而延长衬板的寿命。

同传统的高锰钢衬板、合金衬板相比，具有使用周期长、重量轻、厚度薄、磨矿粒度细、噪音小、密封性好、节球又节能等特点，大大降低了工人的劳动强度。

球磨机的磁性衬板是由锶铁氧体陶瓷磁块和防锈不锈钢外壳组成的，衬板的表面由铁矿粉、小球及碎球组成的物料自衬层，吸附在衬板表面，并形成正弦波峰。

运行一段时间后会形成永久坚硬垫层，垫层上面有物料和小球组成的流动层。

并且矿石中的磁性物料及介质粉末会形成耐磨保护层，能够保护磁性为衬板母体，这样不仅能延长衬板的寿命，也能相应降低球的消耗量。

磁性衬板在生产中比高锰钢衬板重量要轻，且厚度薄。

磁性衬板的质量仅为高锰钢的40%左右，厚度也仅为60%左右。

磁性衬板也比高锰钢衬板便于安装，它是靠磁力吸附在筒壁上的，减轻了工人的劳动强度。

在某厂生产实践调查发现，磁性衬板可增加球磨机有效容量约立方米，相当于增加了容积5%，而且磨矿能力也提高了6%，通过粒度分析，安装磁性衬板的磨机比不安装的磨矿粒度要好。

对于耗电分析，安装磁性衬板其相对节电率为，一年节电可达130万KWh。

虽然磁性衬板在应用中有很好的经济效果，但也存在一些不足之处，在进口端，磁场力较弱使得保护层相对薄，磨球直接冲击使消磁块，这样进口端的衬板寿命就没有筒体内部衬板长。

中途必须停机更换，这样对生产带来了不便，影响设备的生产效率。

安装时对筒体壁和端盖的表面度要求较高，不容许有凹凸不平的现象，出口和入口端盖的磁性衬板安装的磁力方向要与受到的离心力方向垂直。

还有磁性衬板一般不用于磨球大于直径100mm的球磨机，因为球径越大其冲击力也大，而磁性衬板抗冲击性较差会使衬板褪磁较快。

由于磁性衬板的经济效益和社会效益比较显著，具有实用性，因此它还是有广泛的推广价值。

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