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矿山耐磨材料的应用

2021-05-13 16:03:18 | 作者: 世邦集团

国内外科技工作者对耐磨材料进行了广泛而深入的研究，国际间科技交流与合作极大地推动了耐磨材料及耐磨铸件产业的发展。目前，铸造耐磨材料主要分为奥氏体锰钢、耐磨合金钢 (非锰系)、抗磨白口铸铁、抗磨球墨铸铁以及耐磨损复合材料 5 大类。

1 高锰钢

在实践中研究者发现，高锰钢在静载磨损和低能量冲击磨损下，会出现由于加工硬化不足而导致耐磨性不佳的情况。鉴于此，科研工作者通过合金化及变质改性处理发展了改性高锰钢、奥氏体介稳定易加工硬化中锰钢；同时针对厚大断面铸件，为保持芯部全马氏体组织，提高加工硬化能力，发展了一系列超高锰钢 (Mn15、Mn17/Mn18、Mn20、Mn25)。改性高锰钢是以常规高锰钢为基�。砑邮柿扛�、钼、钛、钒、铌等元素，通过变质处理获得弥散分布的碳化物，以此提高铸件力学性能和耐磨性。中锰钢是在常规高锰钢基础上通过调整 C、Mn 含量，提高加工硬化能力，获得较高耐磨性，适用于中、低冲击载荷工况。

强冲击载荷工况下，高锰钢加工硬化能力增强，铸件表面获得较高硬度和耐磨性，同时具有良好的韧性，能够抵抗冲击磨损。特别是 Mn13Cr2 和Mn17Cr2 系列高锰钢具有较高的屈服强度及耐磨性，在矿山破碎机上获得广泛应用。

在磨矿设备中，高锰钢较早应用于小型球磨机衬板，使用效果较好。随着高锰钢材料以及磨机大型化快速发展，改性高锰钢、中锰钢逐渐在大型球磨机、半自磨机衬板中展开应用。但因实际工况、磨机规格等因素的变化，高锰钢衬板的使用效果表现不一。尽管高锰钢具有优异的韧性，但其屈服强度相对较低，服役过程中衬板受到磨料和物料的不断冲击而表面发生相变，造成衬板局部延展变形，紧固螺栓被剪断，衬板脱落，筒体漏浆，严重时甚至引起磨机筒体变形，引发安全事故。

2 非锰系耐磨合金钢

非锰系耐磨合金钢分为低碳中合金、中碳低合金、中碳中合金和低碳高合金等。非锰系耐磨合金钢一般含有一定量的 Cr、Mo，有的含有较高的 Si、Mn，热处理后组织可分为回火马氏体或珠光体及碳化物。

非锰系耐磨合金钢通过合金化、适宜的热处理可获得较高强度、硬度和韧性，硬韧性匹配性良好，应用前景广阔。近年来，水泥厂和火电厂球磨机衬板，特别是冶金矿山设备大型自磨机、半自磨机以及球磨机衬板等大量选用非锰系耐磨合金钢。低合金珠光体钢硬度 300～400HB，可经得起反复冲击，尺寸稳定性好，不易变形，拆卸方便。自 2003 年至今，以中信重工机械股份有限公司为代表的矿山设备制造企业已自主研发了 φ5.0～12.2 m 系列半自磨机，与之配套的是珠光体耐磨钢衬板，因其抗冲击、耐磨损、性能稳定及高性价比优势，获得良好的市场口碑。

实践表明，在冲击磨料磨损工况下，单一追求高硬度而忽视材料的韧性将使得衬板开裂率增大，同时表面产生的微裂纹造成基体剥落而加速磨损。因此，非锰系合金钢的发展方向是在提高强度和硬度的同时，改善韧性，进而全面提高钢的抗冲击和耐磨损能力。

3 抗磨白口铸铁

国外抗磨白口铸铁经历了 3 个发展阶段，从普通白口铸铁发展至 Ni-Hard，到目前具有主流地位的高铬铸铁。目前，高铬铸铁已形成 Cr12、Cr15、Cr20和 Cr26 系列，因其优异的耐磨性而获得了工业化应用。

作为矿用磨机衬板，高铬铸铁的使用范围受到一定的限制。虽然高铬铸铁具有高硬度、高耐磨性，但其韧性相对较差。高铬铸铁不适用于强冲击载荷工况，比较适用于冲击能量小，以研磨为主的工况，能够充分发挥高耐磨性的特点。如自磨机高铬铸铁进料端衬板较其他材质使用寿命提高约 1 倍，φ5 m 球磨机高铬铸铁筒体衬板寿命长达 2 年。尽管如此，高铬铸铁因其较高的生产成本、生产制造及使用过程极易开裂、性价比不高等特点，制约了制造商和采购商的选择，发展空间较为有限。

4 抗磨球墨铸铁

目前市场上抗磨球墨铸铁有马氏体耐磨球铁和贝氏体-马氏体耐磨球铁。这 2 种耐磨球铁通过淬火处理均可获得高硬度及较好韧性。等温淬火球铁 (ADI)因其高强度、一定韧性和良好加工硬化特性，在国内外已被用于磨机磨料、齿轮、凸轮轴和汽车牵引钩等磨损件。

5 耐磨损复合材料

近些年来，国内外耐磨材料研究开发的热点主要有钢铁基耐磨复合材料和陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料。

在钢铁基耐磨复合材料方面，国外 MAGOTTEAUX 公司研制出“Bimetal”钢铁双金属复合技术、“Duocast”复合技术及“Xwin”技术。针对 WC、TiC、Al2O3、SiC 等陶瓷颗粒特性，研究了其与钢铁(液)冶金结合效果及表面复合材料技术，在此基础上开发了多种陶瓷颗粒增强钢铁基表面复合材料。耐磨损复合材料可分为双液双金属材料、高铬铁-钢镶铸材料、高铬铁-钢机械组合材料等。双液双金属复合材料具有高硬度、一定的冲击韧性和抗冲击磨损性能，已应用于破碎机锤头、破碎机衬板等耐磨件。实践表明，破碎机双液双金属复合衬板使用效果良好，使用寿命大幅提升，达到高锰钢衬板 2 倍以上。

与此同时，国内外一些大型粉磨设备设计制造公司发明了橡胶金属复合衬板。钢-橡复合衬板结合了高性能合金钢、橡胶和普通钢等材料的优点，获得优良综合性能。钢-橡复合衬板现已应用于自磨机及半自磨机低磨损区域 (进、出料端盖局部仓位)，因其质量轻，成本低，有利于降低磨机运行功率而不影响磨矿效果，工业化效果良好。

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