高鉻耐磨鑄鋼磨片的化學成分設計

中國石油天然氣管道工程有限公司 河北廊坊 065000

摘要：合金磨片是造紙工業中用于纖維切斷，分離的熱磨機或盤磨機的關鍵易耗部位。高鉻耐磨鑄鋼是一種新型的合金磨片使用材料，其化學成分將直接影響磨片的耐磨性與抗腐蝕性能。本文對高鉻耐磨鑄鋼中的各合金元素進行詳細分析并通過計算獲得最佳的化學成分配比。

關鍵詞：高鉻耐磨鑄鋼；合金元素；耐磨性；抗腐蝕性

ABSTRACT：In the paper industry，disc grinding is used to cut and separate fibers.But it is the most easy to wear.High-chromium wear-resistant cast steel is a new type of material used for processing alloy grinding.Its chemical composition will directly affect the wear resistance and corrosion resistance.In this paper，we analyze the influence of all kinds of alloy element in detail，and get the best chemical composition ratio through scientific calculation.

Key Words：High-chromium wear-resistant cast steel；Alloy element；Wear resistance；Corrosion resistance.

1引言

造紙行業中使用的合金磨片在分離纖維的同時，自身也會磨損。在整個磨片的使用周期中，更換磨片的費用甚至超過熱磨機的購置費用。磨片技術特性任何微小的變化，對熱磨機的運行都十分的敏感。目前，我國相當部分的磨片還依賴進口，所以提高國產磨片質量，改善其耐磨性和使用壽命已成當務之急[1]。高鉻耐磨鑄鋼磨作為一種新型的耐磨材料，是目前磨片產業中研究的熱點[2]。

2 高鉻耐磨鑄鋼磨片中各合金元素作用

2.1 碳元素的作用

碳在高鉻鑄鋼中部分溶入α-Fe中，也能與Cr，Fe等形成M7C3，M23C6，M3C等化合物。碳化物數量，類型及其分布形態是影響耐磨性和韌性的關鍵。碳化物數量取決于碳量和鉻量，當其含量在25～30%范圍內時，耐磨性最好，反之則下降，所以碳含量不易過大或過小。

2.2 鉻元素的作用

鉻是強碳化物形成元素，是決定碳化物類型的主要元素。鉻在基體中的溶解量隨加入量的增加而增加，且當鉻含量位于17～18%時，鑄鋼的硬度與耐磨性都較佳。隨鉻含量的增加，馬氏體轉變點Ms點上升，共晶溫度和共析溫度均提高，且它還可增加鑄

鋼的淬透性，耐熱性，提高鋼局部耐腐蝕性，比如晶間腐蝕.點腐蝕，縫隙腐蝕以及某種條件下的應力性能腐蝕。

2.3 錳元素的作用

錳抑制珠光體的轉變，穩定奧氏體和碳化物。錳雖然能提高淬透性，但因其強烈降低馬氏體轉變點Ms，穩定奧氏體，故熱處理后奧氏體量增加，抗沖擊強度下降，鑄件開裂傾向增大。錳的加入還影響鉬在基體和碳化物中的分配比例。錳量增加，鉬在基體中的分配比例增大。當合金中含有少量鉬時，加入少量的錳（Mn<1.0%）可提高淬透性，因此可用一定量的錳代替部分鉬。而過多的錳將使奧氏體穩定，淬透性程度下降[3]。

2.4 鉬元素的作用

鉬溶于基體和碳化物中，溶于基體的鉬具有抑制珠光體形成和提高淬透性作用，它雖然抑制珠光體的形成，但不同于Cu，Ni，Mn等合金元素。鉬不能穩定奧氏體，能提高淬透性和馬氏體轉變點Ms，不影響加工硬化過程。鉬可使鑄態組織細化，奧氏體增多，鑄態硬度和韌性都提高，還可使熱處理淬透性和耐磨性都增加。

2.5 氮元素的作用

常壓下氮在液態鋼中的溶解度很低，但是少量的氮作為合金元素可以和鋼中的其它合金元素交互作用，而賦予該鋼種許多優異性能。氮可以擴大奧氏體組織，提高鋼的強度而韌性不降低，同時還能提高鋼的強度，增加了耐磨性[4-5]。

3 化學成分設計

為了使高鉻耐磨鑄鋼磨片獲得良好的耐磨性，Cr，C，Mo，Mn含量應相互匹配。一方面要保證形成碳化物，即Cr的質量分數必須大于9 %。另一方面應獲得良好的淬透性，得到均勻，細小的馬氏體基體組織，保持較高的強度和抗沖擊性能[6]。W（Cr）%一般按下式計算：

W（Cr）=1.95 % W（Cr）/ W（C）- 2.47 %

碳化物數量是提高耐磨性的一個重要參數，碳化物質量分數K（%）與Cr，C的關系如下：

K（%）=11.3 W（C）+0.5 W（Cr）- 13.4 %

但高鉻耐磨鑄鋼中如果只有Cr和C兩種元素的話，其淬透性很差。為了提高高鉻耐磨鑄鋼的淬透性應加入Mo元素。Mo 一部分進入M7C3型碳化物，一部分進入奧氏體，提高其淬透性。Mo能改善其淬透性，但對馬氏體相變穩定點Ms的影響較小。所以經常采用Mo與Cu聯合使用，淬透性提高更為明顯。但Mo與Cu的含量都不宜過高。

錳也是決定高鉻耐磨鑄鋼力學性能和耐磨性的主要成分。錳的含量通常為0.4～1.0，錳能提高鋼的耐磨性能，但如果含量過大，對力學性能不再有明顯好處，反而使導熱性降低，初生晶粒粗大，易產生裂紋，并生成錳的碳化物，給熱處理帶來困難。

釩和鈦都能細化晶粒，加入一定量可使試樣的韌性與硬度提高，同時也能提高其淬透性。

氮有擴大奧氏體區的作用，氮使C曲線等溫轉變的孕育期延長，使轉變過程進行變慢，使Ms點降低，對提高淬透性很有效，但氮含量越高，初生奧氏體中富集的氮越多，從而奧氏體越穩定，硬度越低，耐磨性越低。

綜合以上對各合金元素的要求，為使高鉻耐磨鑄鋼獲的最佳的力學性能與耐磨性能，最終確定其化學成分如表1所示：

表1：高鉻耐磨鑄鋼的化學成分（%）

合金元素CCrMnMo

含量0.7～0.816～180.6～0.70.3

合金元素CuVTiN

含量0.20.20.10.1

結語

本文通過對高鉻耐磨鑄鋼磨片中各種合金元素的作用進行詳細的分析，然后對每種元素含量進行計算，并結合各元素間的相互影響作用，最終確定最佳的化學成分配比。利用該配比，結合適當的鑄造、熱處理工藝，便可獲得性能最佳的高鉻耐磨鑄鋼磨片。

參考文獻：

[1] 黃均生.我國合金磨片材料的現狀和對 策探討[M].廣州：廣東工業大學出版社；2007，01.

[2] 黃鈞聲.我國高鉻抗磨高鉻鑄鐵磨片材料的發展[J].現代鑄鐵，2007（1）：81284.

[3] 李玄軍，趙紅杰.合金元素在高鉻鑄鐵中的作用[J].河南冶金；1999，（2）；28-30.

[4] 李革德，楊景祥.氮在灰鑄鐵凝固過程中的作用[C].中國鑄造學會第三屆鑄鐵及熔煉學術會議論文，1987：

[5] I.C.H.Hughes.The Role of Gases in the Structure of Cast Iron[J].AFS Transactions，1969（77）：121—133.

[6] 宋延沛，王文，謝敬佩等.微量元素對高碳中錳鋼組織和沖擊磨損性能的影響]JI.礦山機械，2001，（11）：59一60.