摘要：三山公司凭借多年耐磨材料生产实践经验，通过合金化及变质处理，洁净铁液，细化晶粒，改善高铬铸铁共晶碳化物的数量、形态和分布；严格工艺控制；优化热处理工艺等，研制生产出衬板相比，生产所带来的成本低，经济和社会效益明显，该材料的研制成功，代表了目前国内耐磨材料行业的发展水平，极具推广应用价值。

  我公司是生产耐磨衬板的专业厂家，有近30年生产实践经验。过去采用的耐磨材料主要有高锰钢系列，中碳中合金钢系列和高铬合金铸铁（钢）系列。产品服务对象主要是水泥、电力、矿山、煤炭、化工等行业，重点是水泥工业。主流产品“沟槽衬板”是上世纪八十年代末、九十年代初研制生产并应用，被国家建材行业重点推广的水泥机立窑十四项节能产品之一，曾于一九荣获部级科技成果三等奖。随国民经济发展的快速发展和经济社会环境的继续改善，科学技术进步，产业升级，水泥工业集中度的提高，球磨机的大型化等，高锰钢衬板用于水泥工业大型球磨机上耐磨性能明显不足（在我们这里早已被淘汰）；中碳中合金钢材料用于制备隔仓蓖板性能优良，而作为衬板使用耐磨性仍不能够满足市场的要求。高铬合金铸铁耐磨衬板以其高耐磨、高强度、强韧性而著称，在国外已被普遍的使用，在制作水泥工业球磨机衬板中，通常用寿命在5年以上。2001年元月我公司将高铬铸铁沟槽衬板成功应用于河南郑州顺宝水泥股份有限公司￠3×9m大型磨机上①，已连续运转6年以上，至今仍在服役。2003年初将高铬铸铁衬板用于河南焦作坚固水泥有限公司￠3.8×8.7m大型磨机上②。2003年5月又将高铬铸铁衬板用于大宇水泥（山东）有限公司￠5.4×15.5m特大型球磨机上③。安全性能好，耐磨性高。至今，高铬铸铁衬板已用于水泥工业球磨机上近200台套，从￠2.2m，￠2.4m，￠3m中小型磨机到￠3.8m、￠4.2m、￠5m、￠5.4m大型和特大型磨机都实现了安全生产，收到了较好经济效益与社会效益。特别是用于￠5.4×15.5m特大型磨机衬板，完全替代进口产品，填补了国内生产空白。

  但是，自2003年下半年开始，随着生产用各种原材料价格的不断上涨，如钼、镍合金由初始的每吨4万元左右，分别上涨到目前的近30万元，50万元一吨，成几倍的翻番上涨，给我们耐磨材料生产公司能够带来了成本压力，曾一度无利润生产或亏本经营，企业经营陷入迷茫和困境之中。为迅速适应市场变化，扭转不利局势，市场变，企业变，针对高铬铸铁衬板生产实际需要，我们于2004年底成立技术攻关小组，从优化化学成份入手，着重工艺参数，严格工艺控制，制定合理的热处理方案等以满足机械性能要求，到2005年下半年，我们终于研制并生产出“新一代无钼镍高铬合金铸铁耐磨衬板”。投放市场两年来，通过跟踪调查，用户回访，反映出新一代无钼镍高铬合金铸铁衬板性能好，使用安全可靠，耐磨性好，可与传统的高铬铸铁衬板（KmTBCr15Mo2Cu）相媲美，但生产所带来的成本较低，性价比有足够优势，受到市场青睐。目前已实现批量生产。下面以浙江某水泥公司使用的￠4.2×13m大型磨机Cr15高铬铸铁衬板为例作以简述。

  1.       1碳铬的确定。碳和铬是决定高铬合金铸铁基体组织，碳化物结构和性能的主要元素。碳量决定共晶碳化物数量，铬量决定共晶碳化物类型。

  在亚共晶高铬铸铁中，按含碳量分为低碳区C2.0-2.5%，中碳区C2.5-2.8%，高碳区C2.8-3.4%三个区4。高铬合金铸铁衬板一般都会采用中碳区C2.5-2.8%，高铬合金铸铁磨球一般都会采用低碳区C2.0-2.5%，破碎机锤头类铸件一般都会采用高碳区C2.8-3.4%。

  从高铬合金铸铁的铸态获得马氏体组织要求出发，对碳量的选择应在中碳区C2.5-2.8%，使Cr/C比在5.5-6.5为宜，碳化物含量应在21-25%之间，因此碳的选择为2.4-2.8%，铬的选择为14-18%。这时高铬合金铸铁的共晶碳化物为断续的针状或团球状，使M7C3型碳化物的显微组织硬度可提高到HV1500-1800，材料具备强韧性，能够很好的满足大型磨机衬板的使用要求。

  1.2硅、锰元素的确定。硅在高铬合金铸铁中是限制性元素，硅溶入基体中，降低了碳在奥氏体中的溶解度，由于硅的溶入而超出的这部分碳又和铬形成了共晶碳化物，削弱了铬在奥氏体中的溶解度，使奥氏体变得不稳定，有促使奥氏体向屈氏体转变的可能性。因此，硅是一种降低淬造性元素，但能大大的提升Ms点。在高铬合金铸铁中一般不再加入硅。故硅含量应≤0.8%。

  锰为常规元素，溶入基体中，由于不获得奥氏体，是提高淬透性元素，有脱氧除硫作用，但降低Ms点，含量不宜1%，故锰量控制在0.4-1.0%。

  1.3铜元素的确定。铜溶入基体中，一定量的铜能提高淬透性，改善冲击韧性，同时铜在高铬合金铸铁中有与镍元素相同的作用，可部分替代镍，因此铜元素应控制在0.5-1.0%为宜。

  有文献强调5⑥⑦，改变高铬铸铁共晶碳化物形态和分布并提高其强韧性的最简便而且经济有效的方法是对铁水进行变质处理，控制其凝固。使碳化物由粗大的、互相交错的杆簇状，变成彼此孤立分布均匀的细杆，更重要的是细化共晶碳化物，减少对基体的割裂作用，提高高铬铸铁晶界的冶金质量，以达到高铬铸铁件的高性能化要求，即提高强度、韧性和耐磨性。

  V、Ti、Nb是形成碳化物结晶核心的元素，能显著细化组织⑧。特别是Nb元素的引入，主要是通过沉淀强化，细化奥氏体晶粒，并进一步细化相变后的组织，改善其韧性和抗疲劳性能⑨。Nb的强化效果能代替2倍的V或3倍的Ti，在很多情况下Nb和V有一定的替代作用⑩11。

  微量的B可显著提升淬透性，有效强化晶界，改变高铬铸铁碳化物形态，形成高硬度的硼化物，可明显提高耐磨性121314。

  稀土是生产中最常用的变质剂。可提升碳化物的形核率，同时与铁液中的氧和硫均有较大的亲和力，能净化铁液。Y基重稀土的变质效果优于Ce基轻稀土1516。

  综上所述，当RE和V、Ti、B、Nb微量合金化元素（见表二）同时使用时，使合金的细化晶粒作用与弥散强化作用同稀土的净化作用同时得到较好发挥，实现了净化铁液，细化晶粒，提高淬透性，来共同满足高铬铸铁的高性能使用要求。

  有文献表明1718、采用综合脱氧剂比单独使用Al、Mn、Si、Ca的脱氧效果好。复合脱氧剂熔点降低更易均匀分布且同时参加反应，缩短选择性扩散过程，从而促进元素吸收，提高合金元素的收得率。同时，脱氧产物颗粒半径大，易吸收周围小颗粒夹杂，有利于快速上浮排出，使铁液更洁净，提高铸件品质的稳定性。

  优质的铸件产品不单是化学成分的合理优化，而是在化学成分的指令下实现高洁净铁液，提高冶金质量。铸件的内部缺陷多来自于铁水质量。如何清除铁液中的氧化物、硫化物、硫氧化物，有害化学气体和各种非金属夹杂，降低有害元素含量是熔炼的关键。熔炼的过程即是除气去杂的过程，又是精炼过程。

  熔炼是在500kg中频感应炉用高铝矾土骨科捣打的坩埚中进行，中性坩埚因不可以进行脱磷脱硫，因此所用的炉料必须是低磷低硫的。

  废钢：废钢质量的优劣决定铁液中各种非金属夹杂及有害元素的含量。废钢中常含有各种非金属夹杂及低熔点的有色金属，塑料、橡胶、泥砂、磁制品携带物，不但影响炉料重量，更重要的是污染铁液，随铸件的凝固滞留于产