有色金属科学与工程  2011, Vol. 2 Issue (3): 6-8
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罗飞扬, 李安运, 程明焱, 张选志. 中锰钢在球磨机衬板上的应用[J]. 有色金属科学与工程, 2011, 2(3): 6-8. DOI:.
LUO Fei -yang, LI An-yun, CHENG Ming-yan, ZHANG Xian-zhi. Applications of Medium Manganese Steel on the Ball Mill Liner[J]. Nonferrous Metals Science and Engineering, 2011, 2(3): 6-8.DOI: .
中锰钢在球磨机衬板上的应用[PDF全文]
罗飞扬1,2, 李安运2, 程明焱2, 张选志3    
1. 江西理工大学材料与化学工程学院，江西 赣州 341000;
2. 江西省钨与稀土研究院，江西 赣州 341001;
3. 赣州江钨新型合金材料有限公司，江西 赣州 341001
作者简介：罗飞扬（1962－），男，高级工程师，主要从事金属材料方面研究，E-mail:fy29tj@163.com
收稿日期：2011-03-26
摘要：通过降低高锰钢中的锰碳含量，获得了中锰钢.研究表明：中锰钢经1050~1070 ℃水淬后的基体组织为奥氏体+0~W2级碳化物，在非强烈冲击工况条件下，满足强韧性要求，而耐磨性能优于高锰钢.应用于制造球磨机衬板，每吨铸件成本可比高锰钢降低约420元，而使用寿命提高16 %.
关键词：中锰钢    耐磨衬板    力学性能    耐磨性    
Applications of Medium Manganese Steel on the Ball Mill Liner
LUO Fei -yang1,2, LI An-yun2, CHENG Ming-yan2, ZHANG Xian-zhi3    
1. Faculty of Material and Chemistry Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China;
2. Jiangxi Research Institute of Tungsten and Rare Earths, Ganzhou 341000 China;
3. Jiangwu New Alloy Material Co., Ltd., Ganzhou 341000, China
Abstract: Medium manganese steel was produced by reducing carbon and manganese content of the high -manganese steel. Research results show that the matrix after water quench at the temperatures of 1050~1070 ℃ is austenite carbide (+0 ~W2 class). The medium manganese steel, whose wear resistance is better than that of the high manganese steel, can meet the requirements of strength and toughness in the non -working strong -impact conditions. The casting cost for medium manganese steel is 420 CNY lower than that of the high manganese steel. The service life of the former is 16 % longer that of the latter.
Key words: medium manganese steel    liner board    mechanical properties    wear resistance    
0 前言

自1883年R.A.Hadfied发明高锰钢以来，高锰钢广泛应用于冶金、矿山、建材等行业，经过一百多年，仍然在耐磨金属材料中占有重要位置，但高锰钢在非强烈冲击工况条件下，因加工硬化能力不足而导致不能有效发挥其耐磨性能[1-2].为了改善非强烈冲击工况条件下耐磨材料的耐磨性能，国内外研制高铬铸铁，并成功地应用于制造球磨机衬板[3]，高铬铸铁的组织为马氏体+碳化物+残余奥氏体，由于基体硬度高，其耐磨性能优良.但由于高铬铸铁中的碳化物和高碳马氏体脆性大[4]，使用在有一定冲击的场合时，易出现剥落断裂现象，影响设备的正常运行.国内还研制了马氏体、贝氏体钢和奥-贝钢用于非强烈冲击工况，但因硬度低、淬透性差导致使用寿命提高并不明显[5-8].用于制造球磨机衬板的材料，应在具有足够韧性的前提下，实现良好的耐磨性，通过调整奥氏体锰钢中锰碳含量，获得常温下为奥氏体组织，在冲击载荷作用下，能快速地实现形变马氏体转变的中锰钢，正好符合上述要求[9-10].笔者将中锰钢用于制造Φ1.5×3 m球磨机衬板，既降低了制造成本，又提高了使用寿命，取得了很好效果.

1 中锰钢成分的设计 1.1 化学成分设计的依据

中锰钢的基体常温下为奥氏体组织，但在冲击磨损条件下，表层形成形变α马氏体和ε马氏体，这就是中锰钢在非强烈冲击工况条件下具有良好耐磨性能的主要原因[11].为了得到强化马氏体，以马氏体转变开始温度Ms和形变诱发马氏体点的温度Md设计锰碳成份，使所设计的中锰钢Ms点低于摄氏零度，而Md点高于室温，设计的中锰钢经水韧处理后得到奥氏体组织，且其奥氏体组织稳定性低，处于γ和γ+α相区的临界处，在冲击载荷作用下，表层奥氏体易于转变成α马氏体和ε马氏体，由于在使用过程中得到了强化马氏体，使衬板受磨面强度上升，硬度提高，满足耐磨性的需要，而基体仍为奥氏体，满足韧性的需要.

1.2 化学成分

为节省贵重的合金资源，降低衬板生产成本，所设计的中锰钢不另外加入其他合金元素，根据经验公式[12-15]

设计的中锰钢化学成分见表 1所示.

表1 中锰钢化学成分/wt%
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工业化生产时，应注意控制好锰碳含量及匹配关系，使之符合Ms和Md的要求.

2 中锰钢衬板的制造 2.1 中锰钢衬板的铸造生产

中锰钢衬板采用水玻璃砂造型，铸件收缩率2.2 %.产业化生产在3t电弧炉上采用氧化法冶炼工艺进行，炉料为废钢、废铁、硅铁(FeSi75)、锰铁(FeMn74、FeMn78C2.0)，经氧化、还原和调整成分后，在炉渣为白渣的条件下出钢，出钢前化验化学成分使之在要求的范围内，并且脱氧良好，钢水温度符合要求，经铝终脱氧后出钢浇注产品，中锰钢衬板浇注后，补浇冒口一次，在浇注中锰钢衬板的中途浇注试块，试块按GB/T5680-1998附录A图A2的要求制作，试块同中锰钢衬板一同装炉进行热处理.热处理采用水淬工艺，中锰钢衬板按50~70℃/h升温至650℃时，保温2~3 h，随后以50~100 ℃/h升温至1050~1070℃保温3~5 h，在保温结束出炉入水前10min将保温温度升至1100℃，中锰钢衬板入水冷却40min后出水池进行后续操作.

2.2 中锰钢的组织和性能

参照GB/T5680-1998，对热处理后的试块进行金相检验和力学性能检验，其结果如表 2和表 3，中锰钢金相组织如图 1（a）、图 1（b）所示.

表2 中锰钢的组织
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表3 中锰钢的性能
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图 1 中锰钢金相组织

从表 2、表 3中可以看出，工业化条件生产的中锰钢，热处理后的金相组织为奥氏体+0~W2级碳化物，少量的碳化物对冲击韧性无明显影响，中锰钢的冲击韧性仍维持在较高水平，可满足非强烈冲击工况条件下对韧性的要求.

2.3 中锰钢衬板的工业应用

某选矿厂Φ1.5×3m球磨机（湿磨）原来一直使用高锰钢衬板，平均寿命为6个月，使用中锰钢衬板后，运行正常，衬板未出现断裂、剥落现象，使用寿命延长到7个月，提高16%，且因锰含量降低，生产成本低于高锰钢，该工况下使用可产生显著的经济效益和社会效益.

3 结论

（1）通过降低锰碳含量，并调整锰碳的匹配，获得较稳定奥氏体组织的中锰钢，其成分为：0.65 %~ 1.15%C、5.5%~8.5%Mn、0.20%~0.80%Si、＜0.080%P、＜0.050%S，在非强烈冲击工况条件下，该钢具有足够的强韧性，其耐磨性优于高锰钢.

（2）开发的中锰钢，其制造工艺与高锰钢相同，质量控制可参照高锰钢相关标准执行，制造工艺简单，质量能稳定控制.

（3）经1050~1070℃水淬后，组织为奥氏体+0~W2级碳化物，应力诱变下，其强化能力优于高锰钢.

（4）开发的中锰钢在普通高锰钢的基础上，适当降低锰碳含量，不添加其他合金元素，因含锰量降低，可少加锰铁，每吨铸件成本可比高锰钢低420元左右.

（5）中锰钢衬板抗拉强度大于560 MPa，冲击韧性大于40J/cm2，在Φ1.5×3 m球磨机上使用时，不剥落、不变形、不断裂、运行安全可靠，使用寿命提高16%，推广使用，可产生良好的经济效益和社会效益.

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