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    ∮4.5m大型球磨機襯板中合金鋼ZG42Cr2 Mn-S12MoCe是中國建材裝備總公司為解決大型球磨機襯板新材質(zhì)而下達給唐山水泥機械廠的新產(chǎn)品重點開發(fā)項目。ZG42Cr2MnSi2MoCe鋼是唐山水泥機械廠研究成功的一種耐磨鋼。該鋼種獲國家發(fā)明專利。是國家建材局與<七五>重點攻關(guān)項目《研究提出各種規(guī)格球磨機襯板選材的指導(dǎo)性文件>為大型球磨機襯板材質(zhì)的選定與推廣材質(zhì)。
1、化學(xué)成分設(shè)計
    碳是鋼中影響各項性能的主要元素。碳取中限，以保證材質(zhì)具有較高的韌性的同時，又具有較高的硬度和良好的耐磨性，確定碳量為0.38%～0.48%。鉻可提高鋼的淬透性，并固溶強化基體，細化晶粒和提高回火穩(wěn)定性。確定鉻量為1.80%～2.20%。錳能提高淬透性及強度。錳的含量超過1%時顯著增加殘余奧氏體量，并增大鋼的過熱傾向和增大回火脆性傾向，因此確定錳的含量為0. 80%～1.10%。硅有顯著的固溶強化作用，并使回火脆性溫度移向高溫，使鋼的回火溫度提高，獲得較高的韌性。硅的加入對Ms點及殘余奧氏體含量基本無影響，確定硅量為1.50%—1.80%。鉬可提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性并細化晶粒，抑制回火脆性，改善沖擊韌度。加入微量的稀土鈰在于改善夾雜物的形態(tài)，使大的多角形夾雜物變?yōu)榫鶆蚍植忌倭康膱A形夾雜物，凈化晶界、細化晶粒，提高韌性及耐磨性。綜上所述，化學(xué)成分設(shè)計，富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機械設(shè)備。
2、熔煉、澆注
    鑄件為∮4.5m×15.11m水泥磨第一倉階梯襯板。規(guī)格為244mm×347mm×56mm／127mm。單重為45kg。熔煉設(shè)備為850kg中性爐襯中頻感應(yīng)電爐。澆注設(shè)備為1t傾咀式行車吊包。
    采用不氧化法熔煉，鋼的成分根據(jù)爐料化學(xué)成分及各種鐵合金的吸收率進行配料計算來控制。熱爐裝料，鉻鐵、鉬鐵隨料裝入。熔化期以最大功率送電，爐料熔化70%～80%進行推料及鋼液攪拌，同時以還原劑對渣還原，當爐料熔化90%時進行鋼液測溫。鋼液溫度達1520—1530℃（熱電偶）時進行中間化驗，向鋼液中加入調(diào)整成分的鐵合金。在鋼液溫度達到1530—1550℃（熱電偶）時出鋼。鋼包中沖鋁0.8—1.2kg/t鋼液，終脫氧。加鋁后用罐裝強制置入式迅速向鋼液內(nèi)加入稀土鈰，鋼包上加復(fù)蓋劑保溫。
    在鋼液為1420～1440℃（光學(xué)高溫計）開始澆注。澆注時控制澆注速度為兩頭小中間大，采用低溫澆注。在不產(chǎn)生夾砂等缺陷下提高澆注速度，當鋼液上升至分型面以上時降低澆注速度，以確保鑄件充分收縮。隨后點冒口2～3次。最后胃口上覆蓋珍珠巖保溫劑。在澆注時并注意擋渣以及引氣、排氣。
3、造型、清理
    材質(zhì)的鑄造線收縮率為2%。型芯砂用水玻璃石英砂，加入1%～2%膨潤土，8%水玻璃。鑄型、型芯皆刷鋯英粉酒精涂料，確保表面光潔。直、橫、內(nèi)澆道及冒口均應(yīng)搗密實。控制好二氧化碳硬化時間，保證表面質(zhì)量，要保證烘干質(zhì)量，開好出氣孔。使用外冷鐵，以保證內(nèi)部無縮孔、疏松等缺陷。胃口處用易割片，以方便切割冒口，鑄造工藝見圖l。
    清理工作在鑄造之后熱處理之前進行。清鏟中容易出現(xiàn)廢品為澆道切割裂紋，必須防止，不可大意。澆道、冒口、飛邊、毛刺等能用錘擊敲掉為好，但不能損壞鑄件。不能用錘敲掉的澆冒口等用氣割割去，在切割前用割炬預(yù)熱切割表面至100～200℃，切割后留殘根1～1.5mm，切勿造成切割缺肉。如不用氣割，允許用氣刨，殘根留量為0.5～1mm。
4、熱處理
    熱處理目的是為獲得穩(wěn)定的馬氏體組織，消除內(nèi)應(yīng)力，達到高硬度和高韌性的最佳配合。
4.1試樣制備
    為了測試沖擊韌度和硬度，觀察金相組織，試樣采用熔模精密鑄造，鑄成10mm×10mm×55mm梅氏無缺口沖擊試樣毛坯。沖擊試樣鑄型以數(shù)量為4×5呈45°角均勻分布在澆道周圍。試樣均經(jīng)850℃±10℃退火處理。經(jīng)磨削至標準的尺寸和表面光潔度。每一組試樣為3個，進行熱處理工藝試驗，測試數(shù)據(jù)取平均值。
4.2淬火工藝試驗
    淬火加熱采用SRTX-4-13高溫箱式電爐。試樣隨爐升溫，在500℃保溫25min，按爐子功率升溫至淬火溫度保溫15min淬入機油中。測定硬度與沖擊椎，結(jié)果如表2所示，淬火溫度與硬度和韌性關(guān)系如圖2、圖3所示。淬火工藝表明，930℃淬火的硬度與沖擊韌度較好。
4.3回火工藝試驗
    回火采用RJJ-36-6井式回火電阻爐。將淬火后的試樣分別按7種回火溫度回火，試樣回火保溫時間為th，保溫終了出爐空冷。分別在880℃、930℃和980℃淬火，在200至500℃中的7種回火溫度回火試樣的力學(xué)性能見表3。試樣分別在880℃、930℃和980℃淬火，又分別按7種回火溫度回火的硬度與沖擊韌度值見圖4、圖5、圖6。
    從圖4可知，在880℃淬火不同溫度回火，在300℃回火時硬度為HRC55.1，沖擊韌度31. 58J／cm2為較佳力學(xué)性能。從圖5可知，在930℃淬火不同溫度回火，在250℃回火時硬度為HRC55,7，沖擊韌度33. 34J/cm2為較佳力學(xué)性能。從圖6可知，在980℃淬火不同溫度回火，在250℃回火時硬度為HRC56.2，沖擊韌度28 .4J/cm2為較佳力學(xué)性能。從圖2、圖3、圖4、圖5、圖6綜合對比分析得出，熱處理工藝以930℃淬火、250℃回火的力學(xué)性能更好。
5、金相組織
    ZG42Cr2MnS12MoCe鑄態(tài)組織為片狀珠光體。退火組織為細片狀珠光體，930℃淬火組織馬氏體。930℃淬火250℃回火為回火馬氏體組織。
6、耐磨性
    930℃淬火250℃回火的ZG42Cr2MnSi2MoCe鋼與冀東水泥廠引進日本石川島播磨重工株式會社球磨機日本牌號為KX-601鋼的襯板實物取樣，均制成耐磨性試樣，在MI，-10型磨損試驗機上對比試驗，試驗參數(shù)為：轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)60r/min，螺矩2mm/r，螺旋軌跡長14 .13m，選用砂紙S1C180#，載荷2.56kg，結(jié)果如表4。可見，ZG42Gr2MnS12MoCe鋼的耐磨性比KX-601鋼的耐磨性稍好。
7、新合金鋼與KX-601鋼性能對照
    表5為研制的合金鋼與日本KX-601鋼性能對比。從表5可知，ZG42Cr2MnS12MoCe鋼比KX-601性能稍好。
8、研制的合金鋼襯板剖析
8.1襯板取樣數(shù)據(jù)
    供給河北省冀東水泥廠∮4.5m×15 .11m球磨機第一倉ZG42Cr2MnS12MoCe鋼襯板50噸(第一倉襯板為840塊，共重41.16t)，抽查52#襯板取樣數(shù)據(jù)見表6。
8.2襯板斷面硬度
    襯板用電火花加工機床取出10mm×lOmm×70mm立方形鋼芯，由工作面到背面進行硬度測定。（試樣號：52）襯板斷面硬度分布見表7，斷面硬度差在HRC1以內(nèi)。
8.3襯板金相組織
    52#襯板金相組織為回火馬氏體如圖7所示。圖8為52#襯板抽取沖擊試樣試驗后對斷口掃描的電鏡照片，是韌窩斷口，為韌性材料。
9、工業(yè)應(yīng)用效果
    ∮4.5m大型球磨機中合金鋼ZG42Cr2MnSi2Mo-Ce襯板，于1985年5月16日部分裝機于河北省冀東水泥廠4.5m×15.11m球磨機第一倉與日本KX-601襯板進行工業(yè)性對比試驗，在第一倉中段該襯板與日本襯板各16塊，拼成四方型。在實際運轉(zhuǎn)2620h后對磨耗進行測定，該襯板的磨耗量為1.57g/t水泥，而日本襯板的磨耗量為2.5g/t水泥。在1998年12月1日經(jīng)磨損失效換下，使用13年，實際運轉(zhuǎn)96360h (11年)，在運轉(zhuǎn)期間無斷裂。在1986年12月26日通過的部級鑒定結(jié)論為該襯板主要技術(shù)指標達到和超過日本同類產(chǎn)品技術(shù)水平，價格遠低于日本同類產(chǎn)品。襯板的選材和生產(chǎn)工藝符合國內(nèi)條件，其技術(shù)性能適應(yīng)4m以上水泥磨第一倉工況要求，填補了國內(nèi)空白，為進口的大型水泥磨機襯板立足國內(nèi)邁出一大步，并為國內(nèi)大型球磨機襯板材質(zhì)改進提供了方向。
10、結(jié)論
    (1) ZG42Cr2MnS12MoCe是一種中合金馬氏體耐磨鋼，具有高硬度、高韌性和良好的抗磨損性能。經(jīng)10多年的跟蹤大型球磨機襯板生產(chǎn)使用效果驗證表明，使用壽命長、不斷裂，是制作大型球磨機襯板的可靠材質(zhì)。
    (2) ZG42Cr2MnS12MoCe成分設(shè)計合理，Ce使鋼種性能得到提高，符合國情，價格低廉。在磨損試驗以及工業(yè)性對比試驗的條件下，該鋼種達到并超過日本KX-601鋼的抗磨性，但前者技術(shù)指標稍好。
    (3)該鋼種生產(chǎn)工藝簡單，一般能生產(chǎn)低合金鋼的鑄鋼車間即可生產(chǎn)。鑄件清理無特殊要求，便于普遍推廣使用。
    (4)在10多年的推廣應(yīng)用中證實，此鋼種還可以用作球磨機的隔倉板、磨頭襯板等；還可以制作錘式破碎機中小型錘頭、顎式破碎機顎板等。