耐磨材料选择

水泥机械设备耐磨件 材质的选用

(内部资料)

长春铭成合金钢有限公司

2008-1-21

在水泥的生产过程中需应用大量的耐磨材料，近几年其应用范围已突破传统的铸造耐磨材料，非铸造类的耐磨材料得到更广泛的应用。就作者的研究、应用和了解的有限认识，作一介绍。 一、铸造耐磨材料

用于磨机衬板、隔仓板、篦板，破碎机锤头、板锤、反击板、颚板，立磨辊、盘等易损件的耐磨材料仍为铸造类的耐磨材料。

第一代耐磨材料------高锰钢。优点：韧性极好，在强冲击条件下产生加工硬化。缺点：易塑性变形，不耐磨。目前，高锰钢、合金高锰钢及超高锰钢仅限用于大型破碎机锤头、板锤、反击板、篦板、颚式破碎机颚板及圆锥破内外锥等易损件，

第二代耐磨材料------镍硬铸铁。优点：硬度高，耐磨性好。缺点：脆性较大，应用范围小。目前，仅有部分立磨辊采用镍硬铸铁，其它应用很少。 第三代耐磨材料------高铬铸铁和各类合金钢。高铬铸铁优点：硬度高，耐磨性好，韧性比镍硬铸铁大幅度提高。缺点：在高冲击条件下，韧性仍嫌不足。合金钢优点：可通过调整含碳量、加入不同含量的合金元素及相应的热处理工艺，获得宽范围的硬度与韧性相匹配的综合机械性能，应用范围更广。 1. 高锰钢系列耐磨材料

在大型破碎设备中高冲击力的工况条件下，大多采用标准型高锰钢，同时发展了合金高锰钢、中锰钢（6~8%Mn）和超高锰钢（16.0~19.0 %Mn）。 1.1 美国材料试验协会奥氏体锰钢铸件标准 ASTM A128/A128M-93

表1 美国奥氏体锰钢铸件化学成分（%） 牌 号 A B C D E F C 1.05-1.35 0.9-1.35 1.05-1.35 0.7-1.3 1.05-1.45 1.05-1.35 Mn Cr Mo Ni Si P >11.0 - - - <1.00 <0.07 11.5-14.0 - - - <1.00 <0.07 11.5-14.0 1.5-2.5 - - <1.00 <0.07 11.5-14.0 - - 3.0-4.0 <1.00 <0.07 11.5-14.0 - 1.8-2.1 - <1.00 <0.07 6.0-8.0 - 0.9-1.2 - <1.00 <0.07 1.2 日本高锰钢铸件标准 JIS G5131-1991

表2 日本高锰钢铸件化学成分(%) 牌 号 C Si Mn P S Cr V SCMnH1 0.90-1.30 SCMnH2 0.90-1.20 SCMnH3 0.90-1.20 SCMnH10.90-1.1 30 SCMnH20.90-1.1 35 -- 11.00-14.00 <0.80 11.00-14.00 0.30-0.11.00-14.80 00 <0.80 11.00-14.00 <0.80 11.00-14.00 <0.100 <0.070 <0.050 <0.070 <0.070 <0.050 <0.040 <0.035 <0.040 <0.040 - - - 1.50-2.50 2.00-3.00 - - - - 0.40-0.70 1.3 中国标准《高锰钢铸件》GB/T5680-1998

表3 中国高锰钢化学成分(%) 牌 号 C ZGMn13-1.00-1.41 5 ZGMn13-2 ZGMn13-3 ZGMn13-4 ZGMn13-5 0.90-1.35 0.95-1.35 0.90-1.30 0.75-1.30 Si 0.3-1.0 0.3-1.0 0.3-0.8 0.3-0.8 0.3-1.0 Mn 11.0-14.0 11.0-14.0 11.0-14.0 11.0-14.0 11.0-14.0 Cr / Mo / S ≤0.040 ≤0.040 ≤0.035 ≤0.040 ≤0.040 P ≤0.090 ≤0.070 ≤0.070 ≤0.070 ≤0.070 / / / / 1.5-2.5 / / 0.9-1.2 1.4 超高锰钢

为保证厚大铸件的中心部位全为奥氏体，锰含量提高到18%，同时加入Cr、Mo、Ni等元素，提高屈服强度和初始硬度，从而具有足够的韧性及优异的加工硬化能力，主要用于制作90kg以上大锤头。成分性能见表4。

表4 超高锰钢化学成分及机械性能

化学成份（％） Mn Cr Mo 16-19 2-3 0.2-0.5 机械性能 硬度 冲击韧性 HB240 176J/cm2 金相 组织 全奥氏体 C 0.9-1.2 Si <0.8

2. 镍硬铸铁

美国、日本等国在1930年前后开始使用镍硬铸铁，目前已发展到镍硬4#，铬含量由2%提高到9%，镍含量由4%提高到6%，金相组织中的碳化物由Fe3C型变为M7C3型，使韧性等力学性能显著提高，铸态厚截面也可获得马氏体组织，硬度在HRC62以上，并具有一定的韧性，其特点是几吨重的大型磨辊，可以不经热处理，铸态使用，用于立式磨的磨盘和磨辊。镍硬铸铁的成分性能见表5。

表5 国际镍公司镍硬铸铁牌号、成分和性能

化 学 成 分 （%） 牌号 C Si Mn Ni Cr Mo 0.3.1.3- 3- 5- 0.7 0.3- 0.7 0.4- 0.7 0.4- 4.8 3.3- 5.0 4.0- 4.8 5.0- 2.6 1.4- 2.4 1.4- 1.8 8.0- 9.0 HRC 砂53/61 金54/64 砂52/59 金55/62 砂53/61 金54/64 砂53/63 金56/64 (Mpa) (Mpa) φ30 500-600 230-350 28/41 560-850 350-420 35/55 560-680 320-390 35/48 680-870 420-530 48/76 500-600 230-350 28/41 560-850 350-420 35/55 620-750 500-600 35/42 680-870 / 48/76 机 械 性 能 σw σb Αk Ni-Hard 3.00.- 3- 1# 3.6 0.5 Ni-Hard <2.0.9 3- 2# 0.5 Ni-Hard 1.00.- 4- 3# 1.6 0.7 Ni-Hard 2.61.- 8- 4# 3.2 2.0 0.4 0.4 0.4 0.6.6 5 0.4 注：砂——砂型铸造，金——金属模铸造。

3. 高铬铸铁

美国Climax钼公司率先对含铬10~30%的合金白口铁进行了研究，发现高铬铸铁有很多优点。第一：在含铬12%时可以形成Cr7C3型碳化物，显微硬度

HV1300~1800，比普通白口铁中Fe3C型碳化物的显微硬度（HV800~1100）高很多，因此耐磨性好；第二：碳化物形状变为断网状、菊花状，因此比网状碳化物韧性高；此外，高铬铸铁的基体可以通过不同的热处理工艺来获得从全部奥氏体到全部马氏体的各种基体，扩大其应用范围，满足不同工况条件的需要。 3.1 美国高铬铸铁成分性能

表6 美国高铬铸铁牌号、成分和性能 牌号 化 学 成 分 （%） Cr Mo Cu Ni Si 11-14 <1.5 <1.2 0.5-1<1.0 .0 14-16 2.5-3<1.2 0.5-10.3-0.0 .0 .8 14-16 2.5-3<1.2 0.5-00.6-0.0 .8 .9 14-16 2.4-2<1.2 0.5-00.3-0.8 .8 .8 14-16 1.9-20.5-10.6-00.4-0.2 .2 .9 .8 18-21 1.4-20.5-10.6-00.4-0.0 .2 .9 .9 24-28 0.3-1<0.8 <1.0 3.0 .0 硬度 (HRC) 铸态 淬火 49 51-56 50-54 44-48 50-55 50-54 48-50 60 62-67 60-65 58-63 60-67 60-67 >56 C 2.0-312Cr .5 15-3高3.2-3碳 .6 15-3中2.8-3碳 .2 15-3低2.4-2碳 .8 2.8-315-2-1 .5 2.6-220-2-1 .9 2.2-226Cr .8 Mn <1.0 0.7-1.0 0.6-1.0 0.5-0.8 0.6-0.9 0.6-0.9 <1.0 3.2 中国抗磨白口铸铁件成分性能

1999年我国把低、中、高铬铸铁及镍硬铸铁合并制定了《抗磨白口铸铁件》标准GB/T8263-1999。

表7 抗磨白口铸铁件牌号、成分

牌 号 C KmTBNi4Cr2-DT 2.4-3.0 KmTBNi4Cr2-GT 3.0-3.6 KmTBCr9 Ni5 2.5-3.6 KmTBCr2 2.1-3.6 KmTBCr8 2.1-3.2 Si ≤0.8 ≤0.8 ≤2.0 ≤1.2 ≤2.2 Mn ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 Cr 1.5-3.0 Mo Ni ≤3.3-1.0 5 1.5-3.0 ≤3.3-1.0 5 7.0-11.≤4.5-0 1.0 7 1.5-3.0 ≤≤1.0 1.0 7.0-11.≤≤0 1.5 1.0 Cu / / / ≤1.2 ≤1.2 S ≤0.15 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.10 ≤0.06 P ≤0.15 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.10 KmTBCr12 KmTBCr15Mo KmTBCr20Mo KmTBCr26 2.0-3.3 2.0-3.3 2.0-3.3 2.0-3.3 ≤1.5 ≤1.2 ≤1.2 ≤1.2 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 ≤2.0 11.0-14.0 14.0-18.0 18.0-23.0 23.0-30.0 ≤3.0 ≤3.0 ≤3.0 ≤3.0 ≤2.5 ≤2.5 ≤2.5 ≤2.5 ≤1.2 ≤1.2 ≤1.2 ≤2.0 ≤0.06 ≤0.06 ≤0.06 ≤0.06 ≤0.10 ≤0.10 ≤0.10 ≤0.10 注：DT、GT分别表示低碳、高碳。Cr15Mo和Cr20Mo硬度≥58，其余硬度≥56。

建材行业1998年制定了标准《高铬铸铁衬板技术条件》JC/T691—1998，见表8。

表8 高铬铸铁衬板牌号、成分 牌 号 C CBCr15 2.0-3.0 CBCr20 2.0-3.0 Si <1.0 <1.0 Mn 0.5-2.0 0.5-2.0 Cr 12.0-18.0 18.0-23.0 Mo 0.5-2.5 0.5-2.5 Ni Cu S <1.0 0-1.2 <0.06 <1.5 0.8-1.<0.02 6 P <0.10 <0.10 注：CBCr15硬度≥52，冲击韧性≥5J/cm2；CBCr20硬度≥48，冲击韧性≥7J/cm2。

4. 耐磨合金钢

上世纪80年代以来，我国科研工作者根据高锰钢韧性富余硬度过低、高铬铸铁硬度很高韧性不足的状况，借鉴国外经验，结合我国资源，研发出多种耐磨合金钢，具有较高的韧性及硬度，综合机械性能优良，应用范围更广。按含碳量和合金含量分为下列3类： 4.1 低碳低合金钢

由于含碳量及合金含量均不高，热处理通常采用水淬，可获得足够高的韧性和较高的硬度，在较强烈冲击磨损条件下代替高锰钢。化学成分如表9，力学性能如表10。

4.2 中碳低合金钢

水淬低碳低合金钢有良好的韧性、较低的成本，但由于碳含量低，淬火后的硬度难以进一步提高，耐磨性不足，且水淬工艺控制不好的话，铸件容易开裂。

为此，增加碳含量，提高其硬度并适当牺牲韧性，通过变质处理、采用油淬或空淬的方法提高钢的综合性能，满足低、中冲击高耐磨性工况条件的要求。化学成分如表11，力学性能如表12。

4.3 中碳中合金钢

由于中碳低合金钢的合金含量不高，淬透性差，油淬工艺复杂、成本高，因此又研制了适当提高合金含量、采用风淬的中碳中合金钢。具有代表性的是合肥水泥研究设计院89年鉴定的中碳多元合金钢，热处理采用风淬，金相组织为马氏体+弥散碳化物，力学性能为：硬度HRC42~55，冲击韧性15~50J/cm2，综合机械性能优异，在大型磨机衬板、隔仓板、篦板及颚板上应用，使用寿命是高锰钢的2~3倍。化学成分如表13，力学性能如表14。

表9 低碳低合金钢的化学成分（%） 牌 号 ZG30Mn2SiReB 0.35 ZG30CrMn2SiReB C Si Mn Cr / Ni Mo / / Cu / B Re 0.25- 0.8- 1.0- 1.1 1.6 / 0.33 ZG33CrMnSiNiMoCuRe 0.36 1.2 1.3 1.3 1.2 0.5 1.5 1.1 1.5 1.2 / / 0.005- 0.10- 0.007 0.15 0.27- 0.8- 1.0- 0.8- 0.005- 0.10- 0.007 / 0.20 0.15 0.10- 0.30- 0.8- 0.8- 0.8- 1.0- 0.2- 0.5- 表10 低碳低合金钢的力学性能

抗拉强度 屈服强度 冲击韧性 延伸率 牌 号 σb (MPa) σZG30Mn2SiReB ZG30CrMn2SiReB 0.2 硬度 HRC 45-52 48-50 47-51 (MPa) ak (J/cm2) δ5 (%) >30 55-65 43-47 / 2.8-3.2 2.1-3.5 >1550 >1300 1700-1770 1300-1380 1439-1487 1186-1226 ZG33CrMnSiNiMoCuRe 表11 中碳低合金钢的化学成分 牌号 ZG37SiMnCr2MoV C 0.30- 0.40 Si Mn Cr Ni Mo 0.5- / Cu / V B -0.00Re 0.2- 0.4 0.100.8- 1.0- 1.5- 1.4 1.6 2.5 / 0.1- 0.0030.5 / / 4 / 1.0 0.1- ZG42Cr2MnSi2MoRe 0.38- 1.5- 0.8- 1.8- 0.48 1.8 1.0 2.2 0.3 - 0.15 0.45- 0.6- 1.3- 1.5- ZG48SiMn2Cr2CuRe 0.50 1.2 1.8 2.5 / / 0.5- / 1.0 / 0.10- 0.15 表12 中碳低合金钢的力学性能 牌 号 ZG37SiMnCr2MoV ZG42Cr2MnSi2MoRe ZG48SiMn2Cr2CuRe 抗拉强度 σb (MPa) 冲击韧性 ak (J/cm2) 硬度 HRC 1828 1747 1140-1170 63.0-46.0 21.6-35.7 11.0-19.0 51-53 51-55 54-59 表13 中碳多元合金钢的化学成分 元素 C Cr 含量 0.25-0.65 3.5-6.5 Mo Si Mn Ni Cu Ti V 微量 Re 微量 0.3-1.0 0.4-1.0 0.4-1.2 ＜1.0 0.3-0.6 微量 表14 不同含碳量的中碳多元合金钢的金相组织和力学性能 牌 号 ZG30Cr5Mo ZG40Cr5Mo ZG50Cr5Mo ZG60Cr5Mo 金相组织 M+B+Ar M+ Ar M+ Ar+K M+ Ar+K σb（MPa） σ0.2（MPa） ak（J/cm2） ＞1240 ≥800 ≥50 ＞1500 ≥900 ≥35 ＞1300 — ≥25 ＞1200 — ≥15 HRC ≥42 ≥46 ≥50 ≥55 注：M-马氏体，B-贝氏体，Ar-残余奥氏体，K-碳化物

综观国内金属耐磨材料现状，品种系列已基本齐全，其中以耐磨合金钢、高铬铸铁的发展最为迅速，可以满足各种生产规模水泥生产线的需求。

5. 典型易损件耐磨材料的选择 5.1 锤式破碎机锤头

5.1.1 磨损机理

当物料与高速旋转的锤头撞击时，物料尖角压入锤面，形成撞击坑，其冲击力全部转为对锤面的压应力，此时锤头属于冲击凿削磨损。当物料以一定角度撞击锤头或锤头与篦板相互搓磨时，冲击力分解为平行锤面的切向应力，对锤头表面进行切削，形成一道道切削沟槽，则为切削冲刷磨损。 5.1.2 影响锤头使用寿命的因素

锤头的磨损情况与诸多因素有关，如：物料性质（入机粒度、种类、硬度、水分、温度等）、锤头线速度、篦板篦缝的大小等，会有相当大的差异。合理选材十分重要。

5.1.3 锤头材料的选择

大型破碎机、进料粒度＞400 mm、单重 50-125 kg以上的大锤头，因为受冲击力大，应该使用安全为前提，主要选择高韧性的超高锰合金钢，也可选用合金化高锰钢。

中小型破碎机、入料粒度＜200mm、单重50kg以下的锤头，受冲击力相对较小，普通高锰钢加工硬化能力不能充分发挥，因而不耐磨，应该选择含碳量为上限的合金高锰钢或中低碳合金钢。

小型破碎机、入料粒度＜50mm、单重15kg以下的锤头，受冲击力更小，不适宜选用高锰钢，可选择中碳中合金钢，更适宜选用复合铸造锤头。锤头顶部采用高铬铸铁，锤柄用35#钢或低合金钢，两种材料分别发挥各自的特点。 入料粒度＜100mm 的细碎机锤头，受冲击力适中，应选用高韧性超高铬铸铁，硬度>HRC60，冲击韧性>ak8J/cm²，使用寿命可比高锰钢提高3~5倍。

破碎旋窑熟料或高硬度矿物的细碎机，高韧性 超高铬铸铁的硬度不能无限度提高，应选择硬质合 金与超高铬铸铁、结构钢组合的“三合一”组合锤头。 钴基硬质合金的硬度高达HRC70以上，抵抗高硬度

物料的磨损效果最好，使整体锤头的使用寿命大幅 度提高。例如：产量100t/h的PCX100型细碎机中 一付组合锤头可破碎熟料15万吨。 5.2 单段锤破大锤头

用于破碎500~1500mm大块石料的单段锤式破碎机，锤头单重80-220kg。因承受的冲击力太大，锤头材质有如下5种选择。就作者的经验，因石灰石的性质差异太大，目前尚不能确认哪种方案最好，只能通过对比使用后合理选择。 5.2.1 合金高锰钢：在ZGMn13中加入Cr、Mo等合金。 5.2.2 超高锰钢：含Mn16%以上，并加入Cr、Mo等合金。

5.2.3 表面堆焊：高锰钢锤头工作面堆焊TM55(Mn系)、ZD3(Cr系)等，表面堆焊层硬度HRC56-62。

5.2.4 双金属铸造：Magotteaux公司头部高铬铸铁＋柄部铬钼合金钢（头部：3.4%C，16%Cr，HRC≥61。柄部：0.2%C，1.9%Cr）。 5.2.5 合金高锰钢头部镶铸硬质合金块。 5.3 立磨辊

5.3.1 中小型磨辊：高铬铸铁整体铸造，HRC62－64。镍硬铸铁Ⅳ整体铸造，HRC58－64。

5.3.2 大型磨辊：上述两种材质分块铸造。 5.3.3 表面堆焊：碳钢堆焊新辊和旧辊修复。

5.3.4 双金属复合磨辊------DUOCAST ®(塑性铸铁＋高铬铸铁镶嵌块)。 Magotteaux公司在塑性铸铁（HB320）上，以机械方式镶嵌燕尾槽的高铬铸铁块（FMU18，Cr≥16%，HRC ≥64）。其优点：①同样材质的高铬铸铁镶嵌块比整体铸造的磨辊硬度高，耐磨性更好。②塑性铸铁对立磨运行中产生的各种应力的扩散有非常好的阻碍作用。即使金属异物使镶嵌块产生裂纹，也难以向内部扩展。设备运行更可靠。③耐磨寿命比NihardⅣ提高50%以上。④镶嵌块之间的塑性铸铁磨损快，形成小凹槽，增加了对物料的咬合力，可提高粉磨效率。 5.3.5 金属基陶瓷复合材料磨辊------X-win ®。

Magotteaux公司将陶瓷颗粒均匀地分布在高铬铸

铁的蜂巢状结构中。其优点：①陶瓷的硬度Hv2100， 远高于其它材料的硬度(石英Hv~1800，NihardⅣ和高 铬铸铁Hv<900，熟料Hv~600)，因此具有优异的耐磨 性。②磨辊使用寿命比Nihard Ⅳ和高铬铸铁提高1倍 以上。③X-win应用于立磨盘，使用寿命提高1-3倍。 ④X-win应用于熟料破碎机，使用寿命比合金锤头提高 1-1.8倍。

5.4 磨机粗磨仓衬板 5.4.1 磨损机理

通常粗磨仓入磨粒度为15-25 mm，研磨体平均球径75mm左右，最大球径Ø90mm。磨机回转时，球和物料以较大的冲击力凿削衬板；球在下落的滑动或滚动中挤压物料，物料尖角切削衬板，因此粗磨仓衬板磨损机理是以高应力冲击凿削磨损为主，挤压切削磨损为辅。 5.4.2 材料的选择

粗磨仓衬板受高应力冲击要求材料有足够韧性，受切削磨损要求材料有高硬度。根据磨损原理，材料硬度(Hm)应达到物料硬度(Ha)的0.8-1.2倍，即Hm/ Ha=0.8-1.2，水泥熟料硬度为HV500-550，相当于HRC49-53。所以衬板材料硬度应在HRC50以上才耐磨，同时要求冲击韧性>ak10J/ cm²才能不开裂，满足安全使用要求。因此粗磨仓衬板应选择中碳多元合金钢及类似合金钢材料，硬度>HRC48，冲击韧性>ak15J/ cm²，使用寿命可达2-3年。

如果磨前有细碎机或辊压机作预粉磨，并采用单螺孔的沟槽衬板结构，应选择高铬铸铁，使用寿命可达8年以上。 5.5 磨头端衬板

5.5.1 磨损机理

磨头端衬板在粗磨仓进料端，物料粒度大，平均球径大，受磨球和物料的侧冲击力大，磨损机理以高应力冲击凿削磨损和切削冲刷并重。特别是中间部位磨损最大。

5.5.2 材料的选择

磨头端衬板应选择韧性高、耐冲击、硬度高的抗切削材料，应选择中碳多元合金钢，使用寿命可比高锰钢提高一倍。<Ø3米磨机的单块磨头端衬板，应在磨损最大部位加厚。>Ø3米的大型磨机磨头端衬板，应在径向上分2~4圈，减小单块磨头衬板的尺寸，可选择高铬铸铁类耐磨材料，使用寿命可比高锰钢提高3-4倍。

5.5.3 磨头衬板最大磨损半径Rmax的确定

Rmax=Kr Ri/ Cosβ 式中：Kr —— 系数

Ri —— 磨机有效半径 Cosβ —— 磨头衬板的锥角

Kr与磨机比转速Ψ和填充率φ有关，按表15选择。 表15

Ψ 70% φ 25% 30% 35% 40% 0.725 0.635 / / 75% 0.771 0.700 0.618 0.508 80% 0.801 0.746 0.683 0.606 85% 0.825 0.777 0.726 0.669

5.5.4 防止磨损措施 ①磨损区局部加厚

a平面形局部加厚（如图1.1）。在磨头衬板 最大磨损区域处等厚度地加厚某一个宽度。

b圆弧形局部加厚（如图1.2）在磨头衬板 最大磨损区域用圆弧来加厚此处。

c三角形局部加厚（如图1.3）在磨头衬板 最大磨损区域用三角形来加厚此处。

②设置径向凸棱

在磨头衬板上设置适当宽度和厚度的径向凸棱，它一方面可以减小磨头衬板与研磨体和被粉磨物料之间的相对运动，从而提高磨头衬板的使用寿命并能保证其磨损比较均匀；另一方面，径向凸棱还有增加摩擦系数，使钢球提升得更高以及使钢球进行合理分级的作用。

凸棱可设置在中间或边缘。根据作者的经验，凸棱的高度建议在20mm左右。 同时采用局部加厚与设置凸棱效果更好，如下图。

5.6 磨机隔仓板 5.6.1 磨损机理

粗磨仓的钢球对隔仓板进行侧冲击凿削磨损，物料对隔仓板篦缝进行挤压冲刷磨损。对于<Ø3米磨机的单层隔仓板，为悬臂梁式安装，受力情况恶劣，因此材料韧性要好，冲击韧性>ak25J/ cm²，硬度HRC45-50。对于双层隔仓板的篦板，特别是在径向上分2~4圈的单块小尺寸隔仓篦板，受力情况在为改善，对材料韧性的要求减小。 5.6.2 材料的选择

隔仓板不适宜选用高锰钢，因为易产生塑性变形，堵塞篦缝，且加工硬化不足，寿命短。应选择中碳多元合金钢及类似合金钢材料，使用寿命可比高锰钢提高1-2倍。双层隔仓篦板还可选择高铬铸铁类耐磨材料，使用寿命可比高锰钢提高3-4倍。

二、非铸造耐磨材料

随着新工艺、新装备的发展应用，如：立磨辊、盘，辊压机辊面，V型及其它各种选粉机风管、导风叶、撒料盘，风机叶轮、壳体，螺旋输送机叶片，溜槽，料仓等，铸造耐磨材料的应用受到限制，非铸造耐磨材料如：耐磨钢板、复合钢板、硬面堆焊、表面热处理、耐磨陶瓷片、耐磨陶瓷涂料、超高分子量聚乙烯板、环纳复合板等得到更广泛的应用。 1. HARDOX焊达耐磨钢板

HARDOX焊达耐磨钢板由瑞典钢铁奥克隆德有限公司（SSAB）独家生产，年产量50万吨，占世界总量的50%。目前有6个品种，更高硬度的H700即将推出。

1.1 硬度高。在不适宜采用铸造耐磨材料时体现其耐磨性。见表16。

品种 HiTuf H400 H450 H500 H550 H600 硬度 HB370 HB400 HB450 HB500 HB550 HB600 碳当0.54-0.66 0.33-0.73 0.38-0.72 0.47-0.74 0.70-0.72 0.73-0.85 量 板厚 40-120 3-130 3-80 4-80 10-50 4-80 1.2 可焊接。相当于含碳量0.35－0.80的碳素结构钢。

1.3 冲击韧性高。硬度最高的H600可达24J，比同等硬度的铸造耐磨材料韧性高很多。

1.4 弯曲性能好。20mm厚的HARDOX500钢板可弯曲半径为80mm。有利于加工半

径较小的工件。见表17。 韧性(J) 弯曲半径R/钢板厚度t H400 50 2.5 H450 42 3.5 H500 32 4.0 H550 28 / H600 24 / 1.5 不能用于＞200℃的场合。因晶粒长大导致硬度下降较大。

2. 硬面堆焊耐磨钢板（复合钢板）

复合钢板是在基板表面上堆焊一层高铬合金而成。硬面层表面密布许多小裂纹，其作用是释放焊接应力，同时为弯曲成型提供可能。特点：

2.1 硬度高，耐磨性优异。硬面层中含有硬度达HV1600的M7C3型碳化物构成，

宏观硬度达HRC58－62。 2.2 可焊接。其硬面磨损后可反复堆焊多次，也可与其它构件焊接。

2.3 可弯曲。硬面层向内弯曲，弯曲半径R≈板厚×15。硬面层也可向外弯曲，

但弯曲半径再加大1倍，防止表面碳化物剥落。 2.4 可切割。因硬面层中含有大量碳化物，故火焰无法切割，只能用等离子、激

光或高压水枪切割。为防止碳化物剥落，应从基板面进行切割。 2.5 复合钢板的主要化学成分及性能见表18。

化学成分(%) Cr C 硬 度 HV HRC 厚度 基板+硬最小弯曲半径 型号 UP-X750 ~31 ~5.0 ≥750 ≥61.5 UP-X700 UP-X650 ~29 ~21 ~4.9 ~4.0 ≥700 ≥650 ≥59.5 ≥57.5 面 6+6 8+6 10+8 12+10 6+6 8+6 10+8 12+10 6+4 ≥150 ≥150 ≥300 ≥350 ≥150 ≥150 ≥300 ≥350 ≥150 注：最小弯曲半径为硬面层朝内的数值。若硬面层朝外，弯曲半径×2。 2.6 耐磨钢板与HADOX钢板性能对比

两者各有特长，仅从耐磨性比较，前者远优于后者；从工艺性比较，后者优于前者。如何选用，视具体工况决定。对比数据见表19。 性能 UP-X700 HADOX500 性能 UP-X700 HADOX500 相对耐磨性 14.8 1.3 耐热性 <500 ℃ <200℃ 磨耗量g 0.026 0.287 最薄板厚 5+3mm 4mm 参考价格 ~30元/kg ~20元/kg 抗冲击性 中等 优良 硬度 HRC60 HRC51 可弯曲半径 板厚×15 板厚×4 注：①相对耐磨性：按ASTMG65标准测试。②磨耗量：亚州水泥公司提供的测试结果。

3. 硬面堆焊技术在立磨辊、盘的应用

目前国内的硬面堆焊技术发展很快，除复合钢板外，在立磨辊、盘上的应用取得突破性进展，与铸造辊、盘相比，具有较大优势。 3.1 国内可提供在线或离线的硬面堆焊服务的公司

苏州优霹耐磨复合材料公司(由日本Kurimoto公司授权的台湾上庆栗本钢铁公司国内公司)，其复合钢板品牌为UP-PLATE。昆山惠丰耐磨工业有限公司（台湾上庆栗本钢铁公司的子公司）除生产复合钢板外，主要承接立磨辊、盘的堆焊，称为UP-welding。北京嘉克新兴科技有限公司主要承接立磨辊、盘的堆焊，也生产复合钢板。郑州机械研究所提供辊压机辊、立磨辊、锤头、风机等易损件的堆焊。德国法奥迪磨损技术汉斯•瓦博士有限公司中国代表处和郑州机械研究所提供各种硬面堆焊的焊丝和焊条。此外，中国农机科研院中包公司也生产复合钢板。

3.2 硬面堆焊技术用于立磨辊、盘的优点

① 可在各种金属材料（碳钢、铸铁、高铬铸铁、镍硬铸铁、高锰钢等）表面堆焊。

② 对磨损后的高铬铸铁或镍硬铸铁立磨 辊、盘进行在线或离线修复堆焊（离线修复的 质量优于在线修复）。可反复堆焊数次。

③ 用碳钢或高锰钢铸造磨辊、盘的基体， 预留尺寸后表面堆焊，直接提供新品。与整体 铸造的磨辊、盘相比，售价略低，耐磨性更优。

④ 修复一次的费用约相当于进口磨辊的 1/3，国产磨辊的1/2。

3.3 硬面堆焊技术修复立磨辊的应用效果

嘉新京阳水泥公司MPS5000B生料立磨，一套磨辊3只，由单重1吨12块组成。使用PFEIFFER公司NihardⅣ磨辊4套(125万元/套)，使用寿命均为1年。改用Magotteaux公司高铬铸铁磨辊，使用寿命近2年。2006年2月采用

UP-welding技术修复磨辊(40万元)。据磨损量推算，使用寿命可达4年。年节省~100万元。

辊面磨损小，还可提高立磨的台产、降低电耗。统计数据见表20。 磨损量 台产(t/h) 电耗(kWh/t)

4. 冲刷磨损条件下耐磨材料的选择

气固两相流冲刷磨损条件下，耐磨材料的选择与冲蚀角有关。小冲蚀角时，以切削为主，应提高材料的硬度，此时选择陶瓷类材料最合适；大冲蚀角时，应提高材料的韧性或变形能力，吸收其冲击功，此时选择高硬度金属材料或橡胶为宜。见右图。

因此，选粉机壳体、风机叶轮、管道弯头等，其中高浓度含尘气流的冲刷磨损工况下，宜选择使用耐磨陶瓷片或耐磨陶瓷涂料。

磨损初期 <39mm 450 5.91-6.10 磨损中期 40-79mm 440 6.08-6.20 磨损后期 80-99mm 420 6.38-6.50 过度磨损期 >100mm 410 6.55-6.75

4.1 耐磨陶瓷片

以Al2O3为主要原料，稀有金属氧化物为溶剂，经1700℃焙烧成为95 Al2O3

刚玉陶瓷。硬度高，耐磨性极好。HRA85-90（HRC67-73，莫氏硬度8.5），耐磨性达碳钢的20倍以上。重量轻，设备负荷小。刚玉陶瓷密度3.6g/cm3。表面光滑，摩擦系数非常小。吸水率低，不易粘粉料。

Al2O3是两性材料，耐酸、碱化学腐蚀；熔点高达2000℃，抗高温性能好（但粘接剂在高温下会老化，AD-504A胶＜110℃，无机硅胶＜350℃）。

陶瓷片可制成燕尾槽式条块互卡互压，加强与设备的粘接强度。 4.2 耐磨陶瓷涂料

在使用温度高、工件形状复杂等不适宜采用耐磨陶瓷片的情况下，应选择耐磨陶瓷涂料。丹麦DENSIT公司最早研制出耐磨陶瓷涂料(仅涂料售价~4.5万元/吨)，现国内已有多家生产(包含施工费~2.8万元/吨)。 4.2.1 耐磨陶瓷涂料的组成

耐磨陶瓷涂料由骨料和结合系统组成。骨料的硬度和密度决定涂料的耐磨性。骨料有高铝钒土熟料(主要含刚玉和莫来石，莫氏硬度8)、刚玉和碳化硅(莫氏硬度均为9) ，仅次于钻石(莫氏硬度10 ) 。其耐磨性非常优异。骨料由粗、中、细颗粒组成，堆积密度愈大强度愈高。通常加入<5μm的Al2O3和SiO2复合超细粉，填充孔隙，使涂料更密实、强度更高、更耐磨。

结合系统通常选择高标号的高铝水泥和纯铝酸钙水泥为结合剂。涂料的耐压强度90-130MPa，抗折强度10-20MPa。采用有机树脂结合剂，强度更高，耐压强度160-180MPa，抗折强度35-40MPa。

涂料中加入~5%钢纤维，当涂料产生裂纹时，可阻碍裂纹的扩展，提高了涂料抗变形和断裂的能力。为充分发挥结合剂和超细粉的作用，必须加入微量的减水剂，以保证其充分水化和分散，增加强度。 4.2.2 陶瓷涂料的施工

一般磨损条件下施工厚度20mm，工件表面清除锈、漆、油脂，焊接钢丝网，焊点间距200-300mm，涂料干粉＋6-7%水，搅拌均匀后涂抹。在常温下养护3-7天即可达到所需的强度和硬度。

磨损严重部位，施工厚度30-40mm，先在工件表面焊接隔离钢筋（Φ6-Φ10mm），再按上述方法施工。陶瓷涂料硬化后的体积密度为2900kg/m3，涂层20mm厚时重量58kg/m2，相当于同样厚度钢板重量的37%。 4.2.3 陶瓷涂料与其它几种材料耐磨性比较

众所周知，随着温度的升高，所有材料的耐磨性都急剧下降。在高温环境下，陶瓷涂料独领风骚。不同温度下的冲蚀磨损对比数据见表21。 材料品种 陶瓷涂料 16Mn钢 65Mn钢 耐火浇注料 陶瓷片 20℃ 0.11 1.21 1.08 5.9 0.07 110℃ 0.09 1.32 1.19 3.3 0.15 200℃ 0.10 1.42 1.23 2.9 6.3 300℃ 0.10 1.57 1.46 4.7 脱落 500℃ 0.14 3.6 3.2 脱落 脱落 1000℃ 1500℃ 0.27 0.25 7.9 10.9 脱落 脱落 脱落 脱落 脱落 脱落 注：本表为引用数据，作者认为：①110℃条件下陶瓷片的耐磨性不会比陶

瓷涂料差；②16Mn钢在1500℃已接近熔化，不可能测出冲蚀磨损数据。 4.2.4 陶瓷片与陶瓷涂料的性价比

①耐磨性：陶瓷片是刚玉瓷或硅铝瓷的整体，陶瓷涂料是粉碎的刚玉、碳化硅和高铝钒土熟料颗粒＋高铝水泥等混合物，前者的硬度＞后者，常温下前者的耐磨性远优于后者。

②使用温度：陶瓷片的粘接剂通常＜120℃，最高＜350℃，因此适合用于常温工况。陶瓷涂料最高可达1200℃，且耐磨性下降不多。

③强度：陶瓷片不能承受颗粒的冲击，冲蚀角＜30°，粘贴后不能碰撞。陶瓷涂料中加钢纤维，施工中加钢丝网或钢筋，可承受颗粒任意冲蚀角的冲刷。

④耐磨层厚度：陶瓷片3-6mm，陶瓷涂料＞20mm。

⑤价格：陶瓷片因材质的不同价差很大（1.2-4.2万元/吨），5mm厚~17kg/m2，210-700元/m2，粘接剂80-100元/m2，合计290-800元/m2。陶瓷涂料~2.8万元/吨， 20mm厚~58kg/m2，1650元/m2（含施工费）。

综上所述，在＜120℃ 、受粉尘气流冲刷磨损、无撞击的工况下，应选择粘贴陶瓷片，如选粉机中多种部件、风机叶轮、管道弯头等。在＞120℃ 、受含颗粒气流冲击磨损的工况下，应选择陶瓷涂料。如立磨选粉机中多种部件、篦冷机旋风筒、高温风管等。 4.3 高分子耐磨材料

粘土、石膏、煤等物料在筒仓、料斗、溜槽内贮藏或输送时，易发生粘结、堵塞、腐蚀、磨损。因此应在钢板表面内衬具有抗磨损、抗冲击、抗静电、耐腐蚀、自润滑等功能的材料。

内衬材料通常有①环纳复合板(NPEHU)②超高分子量聚乙烯板(UHMWPE)③尼龙板(PA66)④聚四氟乙烯板(PTFE)⑤工程塑料(ABS)等。环纳复合板除耐磨型外，还有耐温型（<300℃和<1200℃两种），具有阻燃作用。

5种高分子材料各项性能指标比较见表22。 材料 磨损率 冲击强度 吸水率 摩擦系数 与煤块的摩擦系数 NPEHU UHMWPE 0.2-0.3 0.2-0.6 210 140 0.002 0.01 0.01 0.07-0.11 0.01 0.1-0.2 PA66 1.51 6-11 1.5 0.37 / PTFE ABS 1.7-2.3 / 16 / / 0.2-0.4 0.04-0.1 0.38 / / 实际生产中，大多选择前两种材料。

目前的衬板、隔仓板从材质上可分为高锰钢类、中碳多元合金钢及类似合金钢材料等。衬板大多用ZGMn13或者ZGMn13Cr2。 隔仓板多采用中碳多元合金钢 序号 化 学 成 份 牌号 (%) C Si Mn Cr Mo Ni Cu S ≤P ≤ak 机械性能 σъ 金相组织 HRC 2(J/cm) (Mpa) ≥25 ≥20 ≥20 ≥45 ≥48 ≥50 1 ZG30Cr5MoRE 2 ZG40Cr5MoRE 0.25~0.35 0.3~1.0 0.3~1.0 4.5~5.5 0.7~1.0 0.35~0.45 0.3~1.0 0.3~1.0 4.5~5.5 0.7-1.0 0.045 0.045 ≤≤0.045 0.045 ≤≤0.04 0.04 ≤≤0.04 0.04 ≤≤ M+B+C M+B+C M+C A+C 3 ZG45Cr3NiMoMnRE 0.40~0.50 0.3~0.8 0.6~1.2 2.0-3.2 0.3-0.5 0.5-1.0 4 ZG90Cr6MoMn 0.85~0.95 0.4~0.8 0.4~0.8 5-8 0.2-0.4 >7 >50 HB5 ZGMn13 1.1~1.4 0.3~1.0 11~14 0.06 0.09 ≤≤>147 ≤637 A+C 229 >80 >50 ≤240 ≤260 6 ZGMn13Cr2 7 ZGMn17Cr2 8 ZG20Cr26Ni5 9 ZG20Cr26Ni12 1.1~1.4 0.3~1.0 11~14 1.5-2.5 0-0.5 1.1~1.4 0.3~1.0 16~19 1.0-20 ≤0.20 ≤0.06 0.08 ≤≤0.06 0.08 ≤≤0.04 0.04 ≤≤0.04 0.04 ≤≤0.04 0.04 ≤≤0.06 0.10 A+C A+F Ti0.2-0.4 4-6 0.3~1.0 ≤0.20 24-28 ≤0.50 ≥53 590 A+F 490 A+F 440 A+F 0.2~0.5 ≤0.20 ≤0.20 24-28 ≤0.50 11-14 10 ZG40Cr25Ni20 0.35~0.45 ≤0.20 ≤0.20 23-27 ≤0.50 19-22 11 KmTBCr15Mo2 12 KmTBCr20Mo2 13 KMTBCr26 2~2.8 ≤0.10 0.5~1.0 13-18 0.2-2.5 0-1.0 0-1.2 M+A+C M+A+C M+A+C ≤≤≥2~3.0 ≤0.10 0.5~1.0 18-22 1.5-2.5 0-1.5 0.8-1.2 ≥3 0.06 0.10 58 2~3.0 ≤0.10 0.5~1.0 23-28 0-1.0 0-1.5 0-2.0 ≤≤0.06 0.10 ≥55 M-马氏体 B-贝氏体 A-奥氏体 C-碳化物 F-铁素体 一种中碳多元合金钢，其化学组成按重量百分比含有０．５～０．７％Ｃ，０．４～０．８％Ｍ

ｎ，０．５～１．０％Ｓｉ，３．５～５．５％Ｃｒ，０．２～０．６％Ｍｏ等元素。其具有较高的硬度，强度和冲击韧性，因此耐磨性好，洛氏硬度ＨＲＣ５５左右，抗拉强度σ－［ｂ］大于９００Ｎ／ｍｍ＋［２］冲击韧性ａ－［ｋ］２０～３０Ｊ／ｃｍ＋［２］。与高锰钢相比，耐磨性是其３倍，与高铬铸铁耐磨性相当，但韧性远高于高铬铸铁，尤其适合于制作大、中型球磨机的衬板、隔仓板等。