矿石破碎、研磨和矿粉输送过程中，需要消耗大量的耐磨材料。目前破碎机鄂板和球磨机衬板主要采用高锰钢制造，球磨机磨球主要使用锻钢球和低铬铸铁球，少数使用高铬铸铁球，输送矿粉的管道主要采用普通钢管。高锰钢是一种强韧性，并且有优良形变硬化能力的钢种，在三向挤压状态下高锰钢的加工硬化非常明显，表面硬度可达910 Hv。但用于球磨机衬板，加工硬化后，500 Hv以上的硬化层深度不足0.2 mm，距表面1.8 mm处的硬度仅为260 Hv，接近高锰钢衬板的原始硬度240 Hv，见图1(a)。用于破碎机鄂板，加工硬化也不明显，见图1(b)。高锰钢用于制造衬板和鄂板，加工硬化效果差，使用寿命短。普通锻钢球和低铬铸铁球淬透性差，磨球内部硬度低，耐磨性低，球耗高。高铬铸铁球中合金元素含量高，成本高。普通钢管硬度低，耐磨性差，用于矿粉输送磨损快，更换频繁。因此，研制生产工艺简便、成本低、耐磨性好的材料，以满足矿石破碎、研磨和矿粉输送的要求，是矿山行业亟待解决的课题。
1、合金成分设计
贝氏体组织的内应力一般低于马氏体组织。在外加负荷和相对运动的磨粒磨损过程中，组织中残余内应力越大，裂纹越易扩展，促使磨损加速。因此在硬度相当时，贝氏体组织耐磨性优于马氏体组织。因此，为保证有较高的硬度和韧性，应使金属基体组织以贝氏体为主，其设计合金成分见表1。
2、低合金贝氏体铸钢的熔炼和热处理
2.1低合金贝氏体铸钢的熔炼和铸造
用50 kg中频感应电炉熔炼低合金贝氏体铸钢。用生铁、A，废钢、碳素铬铁、硅铁、锰铁、钼铁配料，温度升至1580~1660C，经铝脱氧后出炉。浇包内预先放置有钒铁、钛铁、硼铁和稀土，用冲入法对钢水进行微合金化和变质处理。用干模铸型浇注Y型试块，进行性能测试，钢水浇注温度1420~ 1480℃。
2.2热处理工艺研究
为了改善低合金贝氏体铸钢的机械性能和耐磨性能，需要进行热处理。不同冷却方式对低合金贝氏体铸钢硬度的影响见图2，低合金贝氏体铸钢因含有较多提高淬透性的元素，具有良好的淬透性，在空冷条件下可以淬硬。
淬火温度对低合金贝氏体铸钢硬度和冲击韧性的影响见图3。温度低于920℃时，随着淬火温度升高，硬度升高，之后随淬火温度升高，硬度反而下降，但在860~ 950℃，低合金贝氏体铸钢具有很高的淬硬性能。这是因为淬火温度较低时，溶于高温奥氏体中的合金元素少，淬火组织中除了出现贝氏体、马氏体组织外，还有少量珠光体组织出现；淬火温度过高，溶入高温奥氏体中的合金元素增多，奥氏体稳定性增强，淬火组织中有部分残留奥氏体存在，因此硬度反而下降。随着淬火温度升高，低合金贝氏体铸钢晶粒不断长大，冲击韧性下降。
回火温度对低合金贝氏体铸钢硬度和冲击韧性的影响见图4，回火温度低于400℃时，硬度值变化不大，表明这种钢具有良好的抗回火稳定性。回火温度高于400℃时，随着回火温度升高，硬度降低。回火温度低于350℃时，随着回火温度升高，冲击韧性提高；超过350℃后，随着回火温度升高，冲击韧性降低，在450℃左右达到最低值；超过450℃，冲击韧性随回火温度升高而增大。
出现上述结果的主要原因是：用较低温度回火时，在贝氏体／马氏体复相组织中析出均匀弥散并和基体保持共格关系的s碳化物，降低了贝氏体／马氏体复相组织的含碳量，从而增加钢的韧性，另外，钢在低温回火时残余应力的消除也有利于提高钢的冲击韧性。当回火温度升高到350℃时，钢中s碳化物含量逐渐减少，而残留奥氏体逐渐分解，同时析出与基体非共格的脆性渗碳体，导致钢的冲击韧性值降低。随后，大量渗碳体从贝氏体／马氏体复相组织中析出，明显降低贝氏体／马氏体含碳量，虽然渗碳体的含量也进一步增加，但是此时钢中贝氏体／马氏体的含碳量较低，基体具有很高的韧性，因此回火温度高于450℃后，钢的整体韧性开始回升。多元低合金贝氏体铸钢回火温度选择在330~380℃是较合理的。
3、低合金贝氏体铸钢的性能
低合金贝氏体铸钢的性能见表2，为便于比较，表2中还列出了高锰钢、40Mn2锻钢球、低铬铸铁球、高铬铸铁球、16Mn钢的力学性能。低碳低合金贝氏体铸钢具有较高的韧性和适宜的硬度，可用于制造球磨机衬板和破碎机鄂板，此外，它还具有较好的焊接性能，也可用于制造矿粉输送管道。高碳低合金贝氏体铸钢具有高硬度和适宜的韧性，特别适宜于制造磨球。在MLD - 10型动载冲击磨损试验机上进行了材料磨损试验，试样尺寸为10 mm×10 mmx30mm，冲击功分别为1.0 J和5.0 J，磨料为1—2 mm的精制石英砂，流量为450 ml/min，用相对耐磨性8表示材料耐磨性，p=标样（正火20#钢）磨损失重( mg)/试样磨损失重(mg)。各种材料的冲击磨损试验结果见图5。结果表明，在低冲击功下，高碳贝氏体铸钢和高铬铸铁具有最好的耐磨性，而在高冲击功下，低碳贝氏体铸钢具有最好的耐磨性。这是因为材料承受冲击磨料磨损时，磨损率由两部分组成，即w，= We+Wf，其中Wr为切削机制引起的磨损，由式W(.=KP/H知，它主要决定于材料的硬度；而Wf为疲劳机制引起的磨损，式中，为单轴拉伸时的断裂应变，反映材料的塑性，因此疲劳磨损与材料的硬度和塑性两个因素有关。在低冲击功下，材料的磨损以切削为主，以疲劳磨损为辅，高碳贝氏体铸钢和高铬铸铁硬度高，所以耐磨性最好。在高冲击功下，材料的磨损以疲劳为主，以切削为辅，低合金贝氏体铸钢具有较优异的综合力学性能，因此耐磨性最佳。
4、低合金贝氏体铸钢在矿山的应用
在实验室工作的基础上，在现场进行了低碳贝氏体铸钢破碎机鄂板、球磨机衬板和矿粉输送管道以及高碳贝氏体铸钢磨球的工业试验，使用结果见表3。低合金贝氏体铸钢鄂板和衬板使用安全，使用中从未出现断裂，使用寿命比高锰钢提高2倍以上，设备运转率提高3%以上。低合金贝氏体铸钢成本为5000~5500元／t，高锰钢成本为5000元／t，16Mn钢管道成本为5500元／t，高铬球成本为7500~ 8000元／t，40Mn2和低铬球的成本为3500~ 4000元／t，可见在矿山行业推广应用低合金贝氏体铸钢具有很好的效果，可提高设备运转率，降低矿石破碎和研磨以及矿粉输送的成本。
5、结 论
(1)以Si、Mn、Cr为主要合金元素，加入适量Mo、V、Ti、B、稀土的多元低合金铸钢，空冷后可获得以贝氏体为主的组织，具有硬度和韧性高、耐磨性好等特点。
(2)空冷贝氏体铸钢具有良好的抗回火稳定性，回火温度高于400℃时，随着回火温度升高，硬度降低。回火温度低于350℃时，随着回火温度升高，冲击韧性提高；超过350℃后，随着回火温度升高，冲击韧性降低，在450℃左右达到最低值。
(3)低合金贝氏体铸钢用于制造矿石破碎机的鄂板和研磨矿粉的球磨机衬板，使用寿命比高锰钢提高1.5~2.5倍，用于生产球磨机磨球，球耗比40Mn2锻钢球和低铬铸铁球低50%~80%，与高铬铸铁球相当，用于制造矿粉输送管道，寿命比16Mn钢提高3—4倍。低合金空冷贝氏体铸钢生产工艺简单，贵重合金元素加入量少，生产成本低，应用于矿山行业，可明显提高破磨设备运转率，降低矿粉加工成本，具有很好的经济效益。
相关破碎机产品：
1、颚式破碎机
2、圆锥破碎机
