【摘要】針對影響高錳鋼質量的主要因素，通過對化學成分、晶粒度、碳化物、夾雜物和致密度的控制，優化工藝條件，實現了高錳鋼鑄件質量的提高.%Aiming at the main factors which affect the quality control of Hadfield steel the quality of Hadfield steel castings has been improved by controlling the chemical composition,grain size,carbide,inclusions and density as well as optimizing the process conditions
       【期刊名稱】《中國鑄造裝備與技術)
       【年(卷)，期】2018(053)002
       【總頁數】4 頁(P78-81)
       【關鍵詞】高錳鋼:化學成分;晶粒度:碳化物;夾雜物
       【作者】葉根;魯菲
       【作省單位】金維城銀業集團有限公司機電修配廠,陜西華縣 714102 金堆城銀業股份有限公司陜西華縣 714102
       【正文語種】中文
       【中圖分類】TG243
       目前國內礦山濕式球磨機襯板以高錳鋼為主，因高錳鋼韌性高，耐沖擊性能好，雖耐磨損性能和耐腐蝕性能不夠理想，可是高錳鋼的原材料來源豐富，有非常好的沖擊韌性和長期的生產歷史，所以高錳鋼仍然是目前大中型粉磨設備中應用普遍的耐磨材料[1]。
       在實際生產中，由于諸多因素的影響，普通高錳鋼經常未能達到應有的使用壽命而過早的失效，因此，如何進一步提高高錳鋼的質量是一項重要任務，現就影響高錳鋼耐磨性因素及其對第重點介紹如下：
       1 高錳鋼的生產
       高錳鋼熔煉生產在 3t 中頻爐中進行,鎂質爐村,造渣材料采用專用造渣劑，每爐造渣扒渣三次，采用快速熱電偶測溫,稀土硅鐵合金變質劑,鋁錠終脫氧，3t 茶壺包澆注。
       2 工藝控制
       2.1 化學成分
       (1)碳:碳是決定高錳鋼是否耐磨的一個重要成份，它的含量變化將導致高錳鋼機械性能、耐磨性能及鑄造性能的變化。在一定范圍內，耐磨性隨著碳含量的增加而升高。碳量一般控制在 1.00%~1.35%之間。
       當高錳鋼中的碳含量在上限時，應特別注意控制硅和磷的含量，硅應取下限，磷應盡可能低些。因為在高的碳含量時，硅元素能促進碳化物的沿晶析出，也使得磷的危害性增大。
       (2)硅:高錳鋼中的硅含量在 0.4%內可改善熱裂傾向，高的硅含量促使形成柱狀晶，增加熱裂傾向。在厚大斷面鑄件中，硅對韌性的危害有可能是災難性的，硅能加強碳的偏析，使晶界碳化物增多，惡化韌性。當硅含量小于 0.3%時，鋼中脫氧程度難以達到要求，氧化夾雜物增多和鋼的韌性降低，裂紋傾向也增大。一般硅含量應控制在 0.35%~0.6%之問。
       (3)錳:錳是保證高錳鋼獲得單一奧氏體組織的重要合金元素。與碳合理搭配能提高鋼的計磨性和機械性能[2]。Mn/C>10，高錳鋼的耐磨性不但沒有提高，反面有所下降。含錳量高時，使高錳鋼特件初生奧氏體晶粒粗大而且易生柱狀晶，但錳碳比若過分降低時(Mn/C≤8)，晶界上將大量出現網狀碳化物。熱處理尚無法良好的予以消除，鑄件易產生裂紋，故 Mn/C 選用 8~10。
       (4)磷:磷在奧氏體中溶解度極低，常以 Fe3P 或 Mn3P 析出于晶界或以其它復雜共晶體污染晶界，使鋼的韌性急劇下降。此外磷可使奧氏體晶粒粗大并容易生成柱狀晶，大幅降低耐磨性和沖擊韌性值，根據實際經臉，磷元素每增加0.01%，沖擊韌性值下降 5~6J/cm2。降低鋼中磷含量是減少鑄造裂紋，防止使用中斷裂，提高耐磨性的重要措施。在實際生產中，限于錳鐵條件，一般將磷控制在0.06%以下。在鋼水溫度較低時(1450~1480℃)，進行流渣或者扒渣，以防高溫時磷元素返回鋼液中。
       (5)硫:硫是鋼中另一個有害元素。硫不溶于鐵而以 FeS 的形式存在，FeS 與Fe 形成共晶(熔點 989℃)并分布于奧氏體的晶界上，造成鋼的“熱脆”。但高錳鋼中錳含量很高，對硫的有害作用可起到減輕作用。硫含量一般控制在 0.03%以下。
       wB/%牌號 C/% Mn/% Si/% S/% P/% Mn/C
       ZGMn13-1 1.2~1.35 11.5~14 0.3~0.6 ≤0.05 ≤0.06 ≥9.5
       ZGMn13-2 1.1~1.25 11~13 0.3~0.6 ≤0.05 ≤0.06 ≥9.5
       ZGMn13-1 適用于結構簡單的耐磨鑄件,如襯板、齒板、破碎壁、斗齒等
       ZGMn13-2 適用于結構復雜的高韌性鑄件，如電鏟斗前壁、格子板等。WK-4 型電鏟鏟齒含碳三控制到 1.25%~1.35%，每套鏟齒平均挖礦量為 13 萬噸(礦石硬度f=12~14)。例如成份(%)為C:1.35;Mn:13.4;Si:0.41;S:0.003; P:0.06 時，挖礦量達16.83萬噸;成分(%)為 C:1.27;Mn:12.4;Si:0.44;S:0.006;P:0.049 時，挖礦量為 14.63 萬噸。
       這說明，在保證鑄件水韌處理工藝下，隨著含碳量的提高，耐磨性也隨之提升。
       2.2 晶粒度
       晶粒度愈細，做同樣的功所引起的加工硬化愈大。高錳鋼為等軸晶時，隨晶粒度由細變粗，其抗拉強度和延伸率顯著下降，而沖擊韌性影響不顯著[3]。當高錳鋼出現杜狀晶時，隨杜狀晶所占鑄件斷面積比例增大，其抗拉強度、延伸率和沖擊韌性均大大降低，而耐磨性能也降低，如在 180x250 高錳鋼齒板試驗證明，晶粒度為 2-3 級的齒板比大部份力柱狀晶的點板具使用壽命提高 30%左右澆注溫度對高錳鋼晶粒度影響巨大，澆注溫度感高，晶粒度愈粗大。枝晶嚴重，鋼的強度和沖擊韌性愈低，高錳鋼裂紋敏感性也隨之增大。一般出鋼溫度控制在1500~1530℃左右時，鋼中夾雜物易上浮，吸氣不明顯，可提高合金純潔度，所以鋼的相對磨損量較低，使用壽命長。低溫澆注可獲得細晶結構。尤其是采用了外冷鐵，必須低溫澆注。高溫澆注使高錳鋼產生嚴重的柱狀晶，甚至出現穿晶結構，導致鑄件在使用時開裂。但澆注溫度也不能低于 1430℃，過低的澆注溫度打亂了鑄件的順序凝固方式，會出現同時凝固，澆注時卷入的氣體、雜質得不到排除。這些鑄造缺陷導致鑄件在使用過程中開裂甚至出現內裂紋。對普通大中型高錳鋼鑄件澆注溫度一般控制在 1450~1480℃。
       另外，為消除柱狀晶組織，使晶粒達到 3~4 級，采用了懸浮澆注稀土粉的試驗，加入 0.2%稀土粉于鋼水中，得到全部細晶粒組織(晶粒度為 4 級)。加稀土后ZGMn13 的機械性能、沖擊韌性、奧氏體原始顯微硬度都有所提高，RE 加入量0.2%為宜。
       2.3 碳化物
       硬化物的存在嚴重地影響了鋼的機械性能和耐磨性能。當鋼中晶粒度與夾雜物等級相近時，碳化物溶解越好，機械性能越高。高錳鋼晶粒度細小，但碳化物溶解不良其機械性能比晶粒度粗人碳化物溶解良好者低，高錳鋼含碳量高，但碳化物溶解不良，其機械性能不及含碳量較低而碳化物溶解良好者。
       同一爐次冶煉澆注，采用不同熱處理工藝生產的錘式破碎機鐘頭，經實際鑒定，碳化物為 3 級的錘頭，其單位平均磨損破碎礦石量要比碳化物為 4 級的錘頭高 19.2%;同一爐次冶煉澆注，采用不同熱處理工藝生產的 180x250 齒板，經實際鑒定，碳化物為 3 級的齒板，其平均單位磨損破碎礦石量要比碳化物為 3.5 級的板高 12.9%。2.4 夾雜物鋼液中的夾雜物對鋼的性能影響程度是隨其類型、數量、大小及分布形態而定。總的來說，高熔點、細小，均勻分布于晶內的夾雜物即使數量多，也比那些數量雖少但分布在晶界、粗大、低熔點夾雜物好得多。前者對鋼的機械性能與耐磨性能的影響比后者小，這是由于后者破壞了金屬的連續性。
       夾雜物主要是氧化錳、二氧化硅、復合硅酸鹽、三氧化二鋁、硫化錳或稀土氧化物等[4]。如果鋼中含磷量較高，可能生成一種沿晶界分布的磷共晶夾雜物，這種夾雜物對鋼的機械性能與耐磨性影響很大。為此，應盡量降低鋼中的含磷量。爐渣脫氧良好與否主要根據渣中氧化鐵和氧化錳的總量來評定。脫氧不良的鋼中氧化錳的含量較高，它會使鋼的強度、塑性、耐磨性和抗熱裂的能力降低，例如：鋼中加入 0.01%~0.013%氧化錳，其耐啟性下降了 50%，熱裂傾向提高了三倍。要求渣中氧化鐵含量小于 0.5%，氧化鐵與氧化錳總量應小十 1.2%，出鋼前在爐內插鋁終脫氧。
       力獲得高質量的鑄件，保讓鋼水有足夠的鎮靜時問又是一個關鍵性環節。因此要求出爐溫度控制在 1500-1520℃范圍內。這樣，既有利于鋼中夾雜物上浮，也有利于鋼液有足夠的鎮靜時間。采用稀土合金對脫氧良好的鋼液進行變質處理，即在鋼包中充滿 1/3 鋼液時，向鋼液中添加 0.3%的稀土合金進行變質處理，可有效減少夾雜物含量，改善夾雜物分布形態，縮小夾雜物尺寸，夾雜物形狀得到顯著細化和球化。
       2.5 致密度
       高錳鋼鑄件的致密度是影響鑄件耐磨性和使用壽命的極重要因素。因此鑄造工藝的設計尤為重要。
       ?3.6mx4m 球磨機村板的試驗表示，采用平造型、平澆注的村板，鑄件中心部位組織極壞。不僅有嚴重的縮孔、縮松，而且有柱狀晶，其使用壽命大都在5個月左右(一次球磨，礦石硬度 f=12~14)。后改為平造型斜澆注，基本消除了中心縮孔、縮松，使襯板的使用壽命平均提高 25%左右。將各類襯板均改成平造型斜澆注的方式，即澆、冒口均處于傾斜的高位置上，有助于提高致密度。
       對于壁厚在 60mm 以下的板形鑄件，可考慮不設置冒口。這種鑄件的澆注系統采用分散的內澆口，內澆口的數量較多，截面積要小，形狀以扁薄形為宜，以避免在澆口前形成熱節。
       另外采用外冷鐵，對加速鑄件凝固、細化晶粒、提高產品致密度、消除縮孔和縮松減少冒口都有較好作用。通常外冷鐵的厚度為鑄件厚度的 0.4~0.8 倍。