Cr25高铬铸球的开发与应用 作者：孙廷祥 李茂华 中国建材装备总公司 高铬铸铁磨球广泛地应用于建材、冶金、矿山、电力等行业。我国从70年代末开始研究，经过20年的发展，目前已基本上完成了磨球材质的更新，有的产品已能够出口创汇。但与国际先进水平相比，我国高铬铸铁磨球无论是研究还是产品，都比较落后，这主要表现在产品的品种比较单一。美国、日本、丹麦及德国等一些发达国家的高铬铸铁磨球均已形成系列化产品，针对不同的工况条件，采用不同的高铬铸铁磨球，以获取最佳效果。就高铬铸铁磨球的材质来说，这些国家的产品铬的含量可在12%～36%之间任意调节，而我国的高铬铸铁磨球铬的含量均为12%～15%，且多为手工生产。这种高铬铸铁磨球用于干法水泥生产还可以，但用于湿法作业时，效果就很差。这主要是由于高铬铸铁的显微组织中碳化物与基体组织之间形成了微电池，使高铬铸铁磨球耐腐蚀性差，严重降低了耐磨性能。 为提高高铬铸铁磨球的抗腐蚀性能、充分发挥其优异的耐磨性能，制造高质量的磨球，我国建材行业以北京水泥机械总厂为主参照国外先进经验，研制开发了Cr25高铬铸铁磨球，应用效果较好。 1 铬含量对于高铬铸铁磨球耐磨和耐蚀性能的影响
在湿法粉磨生料时，磨球不仅受到冲击疲劳和磨料磨损，而且承受料浆的腐蚀，腐蚀会加剧磨损，磨损也会促进腐蚀，从而使得湿法生产中磨球的失重量远远超过干法生产中磨球的失重量。如果能够有效地提高高铬铸铁的耐蚀性能，高铬铸铁磨球优异的耐磨性能也就会显现出来。
基于下述理论，增加铬的含量是提高高铬铸铁磨球耐磨和耐蚀性能的有效途径之一。
1.1 铬与高铬铸铁磨球耐蚀性能
高铬铸铁磨球腐蚀磨损的主要原因是碳化物的电极电位高于基体，基体受腐蚀后对碳化物的支撑作用就大大减弱。加入大量的铬能使高铬铸铁基体迅速钝化，提高基体的耐蚀性，避免碳化物的剥落。
n/8规律：铬含量的增加，高铬铸铁的耐蚀性能不是渐变的，而是在铬与铁的原子比达到1/8、2/8……、n/8时发生突变，使腐蚀的速度显著下降。
1.2 铬与高铬铸铁磨球耐磨性能
高铬铸铁磨球耐磨性能主要取决于基体组织中碳化物的含量，碳化物越多，硬度越高，耐磨性能就越好。
高铬铸铁中共晶碳化物数量的F.Marafray计算公式：
M7C3(%)=12.33(C%)+0.55(Cr%)-15.2
很显然，当含碳量相同时，Cr25的碳化物数量明显高于Cr15。而且随着Cr/C的提高，共晶碳化物的硬度也随之提高。但韧性下降，磨球易破碎，这也是生产Cr25高铬铸铁磨球比生产Cr15高铬铸铁磨球技术难度更大的重要原因之一。
2 Cr25高铬铸铁磨球的开发与生产
Cr25高铬铸铁磨球的研究是由客户华电机械总公司的定货，根据美国FW公司提出的高铬铸铁磨球的技术条件而进行的，见表1。
表1 美国FW公司提出的高铬铸铁磨球化学成分(%)
C Cr Mn Si Ni、Mo P S
2.3～3.0 23～28 0.3～1.3 0～1.0 0～1.5 ≤0.1 ≤0.06
机械性能：硬度HRC63～68；破碎率≤1.5%(运转2000h)。
为满足上述成分及机械性能的要求，根据上述理论和工厂多年的生产经验，组织了Cr25高铬铸铁磨球的开发与生产。
(1)化学成分
Cr25高铬铸铁磨球的主要化学成分见表2。
表2 设计的Cr25高铬铸铁磨球化学成分(%)
C Cr Mn Si Ni、Mo P S
2.2～3.0 23～26 0.3～0.8 0.4 0～0.5 ≤0.05 ≤0.05
(2)熔炼与浇注
熔炼采用GW-1.0-500/J中频无芯感应炉。
浇注采用丹麦的DISA连续生产线，造型采用南斯拉夫垂直分型造型系统。
(3)热处理
微机控制连续热处理炉淬火、回火。这种淬火—回火工艺可以使Cr25铸球获得更好的韧性，以抵消由于碳化物的增加而带来的脆性的提高。有关的热处理工艺曲线见图。
Cr25铸球热处理工艺曲线
此种铸球的热处理工艺与Cr15高铬铸铁磨球的热处理工艺是不同的，马氏体基体Cr15铸球采用的是风雾冷，其它基体组织的Cr15铸球一般则采用铸态回火工艺，此类工艺是比较
经济的，但铸态回火组织脆性大。
(4)Cr25高铬铸铁磨球产品的性能
金相组织：Cr25高铬铸铁磨球的金相组织为回火马氏体(M回)基体上均匀镶嵌共晶碳化物(Ke)和一次碳化物(K1)，并均匀分布着颗粒状的二次碳化物(K2)，同时有少量的残余奥氏体(A′)。
硬度：HRC63～68，心部硬度与表面硬度差<HRC3。
耐蚀性能与耐磨性能：25%的Cr含量，保证了磨球的耐腐蚀性能处于n/8规律的第二个突变点上，实际使用效果理想；而基体中碳化物的含量比Cr15铸球提高了约5%，碳化物的硬度也有所增加，从而使磨球更耐磨。
3 用户使用情况
阳泉二电厂有磨煤机四台，型号D—100，装球量62.7t/台。
装球运转时间：1996年10月28高铬铸铁日～1997年3月7日，平均每台磨机运转554h，共生产煤92000t，平均台时产量41.5t/h。在运转期间，四台磨机均未补过球。而以前用的锻球每天每台磨机要补球600g左右，其磨耗为210g/t煤。
根据使用情况，Cr25高铬铸铁磨球按最硬的可磨系数计算，其磨耗大约在60g/t煤以下，
并未发现破碎的球。
4 结束语
(1)Cr25高铬铸铁磨球硬度为HRC63～68，磨耗低、破碎率小、不糊球、无失圆现象、抗腐蚀能力强，是一种高质量的新型产品，适用于湿法生产及矿山粉磨和磨煤。
(2)目前一些专业耐磨材料厂如宁国耐磨材料总厂等，也已经开始对高含铬量的高铬铸铁磨球进行进一步的研究，并向合金多元化方向发展。该厂研究的含铬23%～28%并含W、B的新型高铬铸铁，也已经获得初步成功。其化学成分为：C 2.4%～3.0%，Si≤1%，Mn 0.6%～1.0%，Cr 23%～28%，B 0.05%～0.16%，W 0.8%～2%，P≤0.1%，S≤0.06%。
高铬铸铁产品的系列化将是磨球下一步研究与开发的重要发展方向。
Cr25属于铁素体型不锈钢，，通常加入Ti，以提高抗晶蚀能力，是耐强腐蚀介质的耐酸钢。
1Cr25Ti成分：C 小于0.12%，Si小于1.0%，MN小于0.8%，S小于0.030%，P小于0.035%，Cr 24~27%,Ti 5XC%~0.80%，与美牌号446相当，抗垃强度大于450MPa，屈服强度大于270MPa，延伸率大于20%，断面收缩率大于45%，硬度小于219HB。
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