超高錳鋼顎板的研究

賀小杰

（新疆全鑫礦冶機(jī)械制造有限公司 烏魯木齊 830000）

顎式破碎機(jī)是冶金、礦山等行業(yè)廣泛應(yīng)用的破碎機(jī)械，其工作繁重，工作條件苛刻，受力情況復(fù)雜。顎板是其主要消耗件，消耗量極大[1]。選擇合適的材質(zhì)和鑄造工藝，提高顎板的使用壽命，可以降低礦山企業(yè)成本，提高效益。傳統(tǒng)的高錳鋼（ZGMn13Cr2）的熱處理工藝、力學(xué)性能和耐磨性已經(jīng)不能滿足要求[2]。近年來(lái)，為了進(jìn)一步提高高錳鋼的加工硬化能力，改善其低溫條件下的使用性能，人們?cè)诂F(xiàn)有高錳鋼基礎(chǔ)上通過(guò)適當(dāng)提高錳含量并加入適當(dāng)合金元素，研制出超高錳鋼，并已在礦山、水泥等行業(yè)的破碎機(jī)上應(yīng)用，取得了良好的效果[3]。我廠經(jīng)過(guò)實(shí)踐，采用超高錳鋼（ZGMn18CrMoRe）為新疆某金礦制作顎板，其使用壽命較普通高錳鋼提高了2倍。

1 成分設(shè)計(jì)

（1）碳（C）：提高碳含量可以提高超高錳鋼的抗磨性，但相應(yīng)的其韌性和抗斷裂性能會(huì)有所降低。兼顧兩種性能，取含碳量在1.18%-1.28%之間。

（2）硅（Si）：硅在高錳鋼中的作用為脫氧劑，但當(dāng)硅含量超過(guò)0.6%時(shí)，會(huì)造成高錳鋼出現(xiàn)粗晶，碳在奧氏體中的溶解度也會(huì)有所降低，尤其是鋼的耐磨性和韌性劣化[4]，取含硅量0.3%-0.5%。

（3）錳（Mn）：錳有很好的脫氧能力，能把鋼中的FeO還原成鐵，改善鋼的質(zhì)量；還可以與硫形成MnS，從而減輕了硫的有害作用。降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能；錳能大部分溶于鐵素體，形成置換固溶體，使鐵素體強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度和硬度。顎板在工作時(shí)會(huì)受到強(qiáng)大的沖擊力，可有效激發(fā)超高錳鋼的沖擊硬化特性。相應(yīng)提高錳碳比例可提高其抗沖擊性能和抗磨性，取錳含量17.5%-18.5%。

（4）磷（P）、硫（S）：均為有害元素，過(guò)高的硫磷會(huì)使高錳鋼更容易出現(xiàn)裂紋。可通過(guò)控制廢鋼、合金等原材料的質(zhì)量是其控制在較低含量。

（5）鉻（Cr）：由于鉻會(huì)在高錳鋼水韌處理后溶于奧氏體中，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。因此在超高錳鋼中加入適當(dāng)?shù)你t，可以進(jìn)一步提高其抗磨性，取鉻含量0.3-0.5%。

（6）鉬（Mo）：鉬可以增加高錳鋼的淬透性，但由于鉬鐵比較昂貴，取含鉬量0.4%-0.5%。

（7）稀土（Re）：對(duì)鋼液進(jìn)行變質(zhì)處理，細(xì)化晶粒。加入量：0.4%。

最終成分設(shè)計(jì)如表1

表1 ZGMn18CrMoRe化學(xué)成分w （%）

2 制模及涂料

2.1 制模

EPS 泡沫密度選用15kg/m3，縮尺3%，澆注系統(tǒng)采用底注。澆注系統(tǒng)連接完成后跟模樣一起刷涂。

2.2 涂料

因高錳鋼為堿性，故涂料選用鎂砂為骨料的堿性涂料。涂料配比如表2。

3 冶煉

3.1 爐料配比

我廠購(gòu)入原材料成分如下：

高碳錳鐵含錳70%，含碳8%，含硅1.5%；

中碳錳鐵含錳70%，含碳1.85%，含硅1.56%；

低碳鉻鐵含鉻60%，含碳0.5%，含硅1.5%；

鉬鐵含鉬量60%；

廢鋼含碳0.2%，含硅≤0.35%。

1噸成品鋼水配比：80kg高碳錳鐵、180kg中碳錳鐵、25kg低碳鉻鐵、7.5kg鉬鐵、707.5kg廢鋼。按此配比理論含碳量1.116%，含硅量0.7%，含錳量18.2%，含鉬量0.45%，含鉻量1.5%，熔煉時(shí)先加入廢鋼，融化完成后分多次加入錳鐵，然后依次加入鉬鐵和鉻鐵，減少貴重金屬燒損。熔煉完成后取樣爐前光譜化驗(yàn)成分，按表1進(jìn)行調(diào)整，爐前不加硅鐵，出鋼時(shí)通過(guò)在包內(nèi)放入稀土硅進(jìn)行補(bǔ)硅。出鋼前鋼液溫度應(yīng)達(dá)到1550℃。

3.2 澆注

出爐前將鋼包烘烤到400℃，出鋼前按照每噸鋼液加1kg鋁絲和5kg稀土合金放入烤好的鋼包中，對(duì)鋼液進(jìn)行復(fù)合變質(zhì)處理。（其中稀土合金控制粒度在10-15mm，應(yīng)裝入鋼管中，兩端封口，讓鋼液沖向鋼管充分沸騰）。澆注前要讓鋼液鎮(zhèn)靜5-8分鐘，讓鋼液里面的夾雜物顆粒漂浮起來(lái)以后，測(cè)鋼液溫度為1430-1450℃之間時(shí)澆注，澆注液面上升至冒口2/3位置時(shí)，多次點(diǎn)補(bǔ)冒口。

4 熱處理曲線

4.1 水韌處理熱處理曲線

如圖1。

（1）低溫階段升溫速度不宜過(guò)快，控制在80℃/h左右，否則容易導(dǎo)致顎板出現(xiàn)裂紋。

圖1

（2）1080℃保溫完成后，鑄件已完成相變，繼續(xù)升溫至1150℃保溫一段時(shí)間為出爐入水爭(zhēng)取時(shí)間，鑄件出爐后應(yīng)盡快入水，中間時(shí)間控制在2min以內(nèi)。

4.2 回火處理曲線

如圖2。保溫時(shí)間完成后，拉出空冷。

圖2

此次制作的超高錳鋼在某金礦投入使用后，較普通高錳鋼使用壽命提高了2倍，目前已經(jīng)在多個(gè)礦山推廣使用。說(shuō)明該工藝是可行的，但是在生產(chǎn)過(guò)程中，一定要細(xì)心，對(duì)每一個(gè)操作環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控。