襯板

1 中碳中鉻Ⅰ ZG30Cr5MoRE

2 中碳中鉻Ⅱ ZG40Cr5MoRE

3 中碳低合金 ZG40CrMoNiRE

4 低碳高合金 ZG20Cr9NiMo

5 鉻鉬鎳合金鋼 ZG45Cr3NiMoMn-RE

6 90鉻合金鋼 ZG90Cr6MoMn

7 普通高猛鋼 ZGMn13

8 改性高錳鋼 ZGMn13Cr2

9 超高錳鋼 ZGMn17Cr2

10 耐熱鋼 ZG20Cr26Ni5

11 HH ZG20Cr26Ni12

12 HK ZG40Cr25Ni20

13 高鉻鑄鐵 KmTBCr15Mo2

14 高鉻鑄鐵 KmTBCr20Mo2

15 高鉻鑄鐵 KmTBCr26

16 高鉻鑄鋼 ZGCr12SiMn-GT

17 高鉻鑄鋼 ZGCr15SiMn-GT

當(dāng)以粉碎為主時，要求襯板對研磨體的推舉能力較強(qiáng)，同時襯板應(yīng)具有良好的抗沖擊性能，高錳鋼ZGMn13有足夠的抗沖擊韌性，但不耐磨且易變形，大多數(shù)已改用雙介質(zhì)淬火工藝中合金鋼或鉻鉬合金鋼襯板。比較幾種耐磨材料，以雙介質(zhì)淬火工藝中合金鋼性能最優(yōu)，使用壽命最長。安徽鳳形生產(chǎn)的中碳低合金襯板性價比高，在耐磨性、韌性等性能在使用過程中非常突出。

機(jī)械磨損涉及的方面很多，其中磨料磨損占全部工業(yè)磨損的50%以上。德國、英國等國家每年因磨料磨損而造成的損失達(dá)數(shù)十億美元，澳大利亞的礦產(chǎn)業(yè)每年因磨料磨損的損失占礦產(chǎn)品銷售額的2%。而磨料磨損中，球磨機(jī)襯板的磨損占了相當(dāng)比重。解決途徑有兩個方面：一是從材料方面來提高材料的耐磨性；二是從工藝方面來改善磨損的環(huán)境。研究主要從材料方面來闡述。

傳統(tǒng)材料ZGMn13用作球磨機(jī)

ZGMn13屬高錳鋼，是由英國人Hadfild于1882年發(fā)明的，它是在鋼中加入13%左右的Mn元素，利用Mn元素使鋼S曲線的“鼻尖”右移及Ms、Mf線下移的特性，通過1000~1050℃長時間保溫后強(qiáng)制冷卻而獲得的全奧氏體組織，這種全奧氏體組織具有加工硬化的性能。它用作球磨機(jī)襯板，旨在通過磨球及磨料對襯板的撞擊來達(dá)到其加工硬化的效果。然而，在球磨機(jī)的工作過程中，磨球及磨料隨著筒體的轉(zhuǎn)動而被帶到高處后呈瀑布狀拋下。從高處瀉落的磨球和磨料只對料堆根部的磨球及磨料進(jìn)行直接沖擊，而對襯板則是通過磨球及磨料堆積層進(jìn)行間接沖擊，這樣，沖擊的強(qiáng)度較小，加工硬化的效果不顯著。實踐證明，在電廠的磨煤機(jī)中，奧氏體高錳鋼加工硬化的硬度在HB230~250之間，在選礦廠的磨機(jī)中也不會超過HB300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到高錳鋼的加工硬化極限HB500的水平。所以，用高錳鋼來制造球磨機(jī)襯板因其不能發(fā)揮高錳鋼的耐磨特性是不恰當(dāng)?shù)摹?

襯板材料的發(fā)展?fàn)顩r

鑒于ZGMn13材料在球磨機(jī)襯板上應(yīng)用的不恰當(dāng)，世界冶鑄工作者從20世紀(jì)60年代開始研究新型的襯板材料，取得了很多成果。

（1）ZGMn13的新發(fā)展

研究者們通過向ZGMn13中加入Cr、Mo、V等元素，形成穩(wěn)定的彌散分布的粒狀、島狀高硬合金碳化物(FeCr)₃C、VC等，阻礙水韌處理時奧氏體晶粒長大，得到彌散分布著碳化物硬質(zhì)點的奧氏體組織，從而提高了材料的加工硬化能力和硬化效果。

美國在普通高錳鋼中加入1.5%~2.5%的Cr生產(chǎn)牌號為C的標(biāo)準(zhǔn)鑄造高錳鋼；加入0.9%~1.2%或1.8%~2.1%的Mo生產(chǎn)牌號為E-1、E-2的標(biāo)準(zhǔn)鑄造高錳鋼。

日本在普通高錳鋼中加入1.5%~2.5%的Cr生產(chǎn)牌號為SCMnH11的標(biāo)準(zhǔn)鑄造高錳鋼，加入2.0%~3.0%的Cr和0.4%~0.7%的V生產(chǎn)牌號為SCMnH12的標(biāo)準(zhǔn)鑄造高錳鋼。內(nèi)蒙古鑄鍛廠鑄造研究所研制出含1.5%~2.5%Cr的含鉻高錳鋼，并用RE對鋼水進(jìn)行變質(zhì)處理。這種含鉻高錳鋼表層(0.01mm)在球磨機(jī)中加工硬化硬度可達(dá)HB390，是普通高錳鋼的1.5倍，其工作壽命是普通高錳鋼的1.5~2倍。

（2）合金白口鐵

①15Cr-3Mo白口鐵及其發(fā)展。高錳鋼襯板替代材料最具代表性的就是含15%Cr 3%Mo的馬氏體白口鐵。這種材料是在馬氏體基體中分布著不連續(xù)的共晶鐵鉻碳化物(Cr，F(xiàn)e)₇C₃和富鉻的二次碳化物，碳化物的體積約占總體積的40%~50%。這些鉻的碳化物有著很高的硬度，均在HV1200~1800以上，足以抵抗一般磨料的磨損，然而，馬氏體基體的硬度在HRC50上下，軟于某些磨料的硬度，將被磨損，其上的碳化物可能被挖下來，因此，碳化物突出的抗磨性只有部分被利用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)在改善15Cr-3Mo高鉻白口鐵性能方面也作了大量的工作，他們采用K、Na、Mg、Ca的鹽類和合金對15Cr-3Mo鑄鐵進(jìn)行噴射變質(zhì)處理，消除了碳化物的原網(wǎng)狀分布狀態(tài)，使之呈蠕蟲狀或團(tuán)塊狀分布，而且碳化物尺寸有所減少，這樣就大大提高了材料的韌性和抗磨性。研究指出，經(jīng)不同變質(zhì)元素處理的15Cr-3Mo高鉻白口鐵的磨損量都較未變質(zhì)的低，其中以鉀變質(zhì)的15Cr-3Mo高鉻白口鐵，其平均磨損量比未變質(zhì)處理的低63.2%，而最佳方案的磨損量比未變質(zhì)處理的低74.4%。

②含Cu合金白口鐵。山東新汶工具廠研制成功的這種合金白口鐵，通過爐前加入1.0%Cu和0.9%的稀土硅鐵合金變質(zhì)和孕育，而后進(jìn)行950℃正火及600℃回火處理，得到彌散、細(xì)小、均勻分布的碳化物。裝機(jī)試驗表明，在L1.83m×6.4m水泥磨機(jī)中稀土含Cu合金白口鐵襯板與高錳鋼襯板的相對耐磨性是2.4。

（3）中低合金鋼

盡管采用加入某些合金元素的高錳鋼或合金白口鐵球磨機(jī)襯板比普通高錳鋼襯板的抗磨性有很大提高，但是，這些材料因含有大量的Cr、Ni、Mo等貴重金屬而使成本增加，并且在生產(chǎn)和使用過程中容易產(chǎn)生裂紋，甚至破碎?；谶@些原因，我國冶鑄工作者從我國的國情出發(fā)，開始了用中低合金鋼來制作球磨機(jī)襯板的研究，并取得了可喜的成果。

①Cr、Mo、Cu中碳低合金耐磨鋼。由沈陽工業(yè)大學(xué)研究的含Cr、Mo、Cu并輔以RE處理的中碳低合金耐磨鋼，經(jīng)950℃空淬和250℃回火后，硬度達(dá)到HRC50以上，沖擊值為25~60J/cm²。其基體為回火馬氏體，經(jīng)掃描電鏡觀察為一束束板狀馬氏體組織。在透射高倍觀察下，可清楚地看到其組織為位錯馬氏體與少量孿晶馬氏體的混合物，且在馬氏體板條間有不連續(xù)薄膜狀殘余奧氏體分布，這種形狀和分布的奧氏體改善了鋼的沖擊韌性和相對耐磨性。這種鋼在不同沖擊功下的耐磨性與高錳鋼形成了鮮明的對比。

如圖《沖擊功與耐磨性的關(guān)系》所示，隨著沖擊功的增加，高錳鋼的耐沖擊磨損性能明顯提高，而新研究的Cr、Mo、Cu鋼的耐磨性能卻是下降。但在對比試驗選取的各沖擊功條件下，新鋼種的耐磨性均高于高錳鋼。經(jīng)河北遷安縣鐵礦在L1.83m×3m球磨機(jī)上使用，這種材料的襯板壽命達(dá)到了10~12個月，而ZGMn13襯板的壽命僅為3~5個月。

②Cr-Mo-V-Ti中碳多元合金鋼。合肥水泥研究設(shè)計院研究的含Cr、Mo及微量V、Ti、Nb的中碳多元合金鋼，用RE處理及一定的熱處理后得到彌散分布著碳化物硬質(zhì)相的回火馬氏體 少量下貝氏體基體。試驗表明，這種組織的襯板硬度高，抗磨料磨損性好，且有較高的沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度，壽命是普通高錳鋼的3倍以上。在淮海水泥

廠L4.2m×12m、昆明水泥廠L3.5m×11m、四川渡口水泥廠L2.2m×13m等磨機(jī)上使用，一倉平均磨損率為3.16g/t，二倉平均磨損率為1.53g/t；而高錳鋼襯板的平均磨損率為13g/t水泥。

③高碳中鉻合金鋼。由合肥水泥研究設(shè)計院研究的另一種含4.5%~5.5%Cr、0.3%~0.7%Mo，并用RE孕育處理的高碳中鉻合金鋼襯板在水泥球磨機(jī)上應(yīng)用也很成功。

④Cr-Ti中錳鋼。生產(chǎn)的含Mn5.5%~8.0%，Cr1.5%~2.0%，Ti0.05%~0.1%并用0.02%~0.05%RE處理的中錳鋼，通過1100±30℃的水淬處理，獲得了晶粒比普通高錳鋼進(jìn)一步細(xì)化的單一奧氏體組織。這種材料的襯板應(yīng)用于通化鋼廠板石溝鐵礦及通化銅礦球磨機(jī)上取得了較好的效果，在粉磨磁鐵礦時其相對耐磨性是高錳鋼的1.64倍；在粉磨銅礦石時其相對耐磨性是高錳鋼的1.48倍。這種材料耐磨性提高的主要原因在于它在球磨機(jī)中比普通高錳鋼有更好的加工硬化性能，見表1。

⑤Cr-Mo多相低合金鋼。研究的含3%Cr及0.4%Mo的多相低合金耐磨鋼襯板，經(jīng)等淬熱處理得到貝氏體 馬氏體 殘余奧氏體組織。該材料具有高韌性，高硬度，從而具有良好抗沖擊、抗疲勞、抗變形、抗磨損等特性。這種襯板經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用表明，使用壽命比普通高錳鋼提高1~2倍。

襯板材料應(yīng)具備的組織和性能

對以上所列舉的各種襯板材料的組織和性能進(jìn)行分析，不難看出，作為球磨機(jī)襯板材料應(yīng)具備以下特性：

（1）足夠的韌性。韌性好的襯板，能減少破裂的可能性。有人認(rèn)為，在直徑4m以下的小型球磨機(jī)中，襯板的沖擊韌性只要能達(dá)到a_k=6~8J/cm²即可使用。但是，為了減少因襯板被打碎而造成非磨損失效的損失，筆者以為，襯板材料10mm×10mm×5mm無缺口試樣的沖擊韌性宜大于12J/cm²。

（2）較高的硬度。研究指出，材料經(jīng)磨損后的硬度達(dá)到磨料硬度的0.8倍以后，提高材料的硬度就能夠提高材料的耐磨性。因此，襯板材料的硬度應(yīng)大于HRC50，然而，過高的硬度又可能會導(dǎo)致材料的脆性增加，所以建議硬度不宜超過HRC54。

（3）理想的組織。理想的組織應(yīng)包括：高硬度的合金碳化物及碳化物團(tuán)球化，在金屬材料中，常常以加入某些碳化物形成元素來獲得高硬度的合金碳化物，這是一條提高材料耐磨性的有效途徑。這是由于碳化物在基體中均勻分布，減少了碳化物周圍的應(yīng)力集中，使裂紋萌生的機(jī)會少，避免碳化物的剝落，同時，團(tuán)球狀碳化物能夠阻斷犁削磨損，減少犁溝深度和長度，從而保護(hù)基體。因此，要求使材料中合金碳化物團(tuán)球化并均勻分布。強(qiáng)韌的基體，高硬的合金碳化物需要有強(qiáng)韌的基體來支撐，否則，合金碳化物就很容易剝落，材料的耐磨性就將大大削弱。馬氏體 下貝氏體就是非常優(yōu)秀的基體組織，少量的殘余奧氏體的存在又減少了熱處理的應(yīng)力，提高了材料的韌性，降低了生產(chǎn)和使用過程中裂紋產(chǎn)生的可能性。

研究結(jié)論

（1）普通高錳鋼ZGMn13用作球磨機(jī)襯板是不恰當(dāng)?shù)摹Ｒ驗樵谇蚰C(jī)中襯板的加工硬化程度較低，不能很好地發(fā)揮高錳鋼的耐磨特性。

（2）襯板材料經(jīng)過普通高錳鋼、強(qiáng)化高錳鋼、合金白口鐵等階段后，中低合金鋼襯板得到了很好的發(fā)展。

（3）中低合金鋼襯板材料中加入的合金元素主要有Cr、Mo、V、Ti等，旨在通過它們細(xì)化晶粒，促進(jìn)產(chǎn)生馬氏體，生成高硬碳化物；且常常輔以RE孕育及適當(dāng)?shù)臒崽幚?，形成?qiáng)韌的馬氏體 下貝氏體上均勻分布著高硬的合金碳化物團(tuán)球組織。實踐證明，這種組織的材料用作球磨機(jī)襯板是非常優(yōu)秀的。

（4）為了減少襯板生產(chǎn)及使用過程中的非磨損失效的損失，在保證材料a_k=6~8J/cm²的前提下，應(yīng)力求使硬度控制在HRC50~54之間。

選擇各種襯板主要考慮的是對研磨介質(zhì)的提升作用，介質(zhì)的運(yùn)行軌跡，工況條件等綜合考慮。

（1）要求襯板具有良好的耐磨性能。

安徽生產(chǎn)的高耐磨、耐沖擊雙介質(zhì)淬火中合金鋼襯板經(jīng)科學(xué)合理的合金元素配方，使該襯板具有良好的理化性能，硬度HRC45－55以上，沖擊韌性值25J以上，使用壽命是高錳鋼的2倍以上。能夠承受巨大的沖擊力度。在工作中能長期保持襯板的表面形狀，以保證磨機(jī)穩(wěn)定提高5%以上的產(chǎn)量。

（2）高強(qiáng)度、高韌性。

在襯板淬火過程中，采用熱穩(wěn)定性能好的專用雙介質(zhì)淬火劑為介質(zhì)，使產(chǎn)品達(dá)到高強(qiáng)度、高硬度和高韌性的配合，以滿足了耐磨損的工藝要求。

（3）高性價比、適應(yīng)性能強(qiáng)經(jīng)先進(jìn)的雙介質(zhì)淬火工藝處理，它具有淬火硬度高、韌性值高的特點，使該襯板具有良好的耐磨性能，高錳鋼襯板相比，中合金雙介質(zhì)淬火中合金鋼球磨機(jī)襯板表現(xiàn)出了較好的性價比。能適應(yīng)礦山濕磨、干磨、混合磨等。

（1）使用周期長、耐磨，因磁性襯板工作原理，這就使襯板表面不受直接磨損，從而使襯板壽命長到原來的8倍以上，耐磨程度大大增加。

（2）重量輕、厚度薄、節(jié)電，磁性襯板厚度薄，為高錳鋼襯板的40—50%左右，所以能減輕球磨機(jī)負(fù)荷，使球磨機(jī)電耗降低也使球磨機(jī)容識增大。

（3）噪音小、降球耗，由于磁性襯板表面吸附大量碎球，它不但起保護(hù)磁性襯板、耐磨的作用，還起到隔音作用，并且起到磨礦介質(zhì)的作用，球磨機(jī)噪聲比鋼錳襯板降低12~15dB，降低球耗8~10%，改善了作業(yè)環(huán)境，降低了球耗成本。

（4）故障少，磁性襯板不用檢修。無維護(hù)，能使球球磨機(jī)作業(yè)率大大提高。

（5）安裝方便、不漏礦漿，長時間不需要更換襯板，不用或少用螺栓，不漏礦漿，便于安裝和維修，不研磨軸瓦，無磁團(tuán)聚現(xiàn)象，提高作業(yè)率5%以上。

（6）降低磨礦顆粒度，本產(chǎn)品能使球球磨機(jī)的磨礦粒度有很大改善。

（7）價格低，磁性襯板的綜合性價比高，使磁性襯板使用費用減少到原來的三分之一。

（1）同傳統(tǒng)錳鋼襯板相比，具有壽命長、重量輕、厚度薄等特點

（2）既省球、節(jié)電、噪音小、作業(yè)率高

（3）又無須螺栓固定，安裝方便，不漏礦漿，工作環(huán)境好，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，人身事故少，備件消耗少。

（4）根據(jù)生產(chǎn)實踐驗證，在大型球磨機(jī)上使用磁性襯板其壽命比錳鋼襯板延長4-6倍，其綜合效益十分顯著，是冶金礦山增效降耗的有利措施，深受現(xiàn)場歡迎。

磁性襯板取代高錳鋼襯板，每年可為礦山帶來直接效益上億元，節(jié)約鋼材數(shù)萬噸。由此也可節(jié)約大量的基礎(chǔ)能源材料，實現(xiàn)重視環(huán)保、節(jié)約資源、節(jié)能降耗的礦山綜合發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。