1、引言
    韓國獨(dú)資企業(yè)一一大宇水泥（山東）有限公司在山東省日照市港口建有400萬噸粉磨站一座，擁有兩臺∮5.4×15.5m世界級特大型水泥球磨機(jī)，80%產(chǎn)品出口。其球磨機(jī)襯板過去主要是從國外進(jìn)口。2003年開始首次從國內(nèi)耐磨材料生產(chǎn)企業(yè)采購。我公司于2003年初承接了∮5.4×15.5m特大型磨機(jī)高合金襯板的生產(chǎn)制備工作，并已實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)6年以上，達(dá)到國際襯板先進(jìn)技術(shù)水平，受到用戶好評‘1]。在成功消化國外襯板先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，我公司又于2006年12月對該套磨機(jī)隔倉板技術(shù)進(jìn)行消化吸收，優(yōu)化生產(chǎn)，至今已安全運(yùn)轉(zhuǎn)2.5年以上，收到較好效果。該套隔倉板的成功應(yīng)用，標(biāo)志著我國耐磨材料技術(shù)跨上了一個新臺階，達(dá)到了國際水平，在我國水泥工業(yè)大型球磨機(jī)特殊耐磨件生產(chǎn)上，突破了技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了安全無憂慮生產(chǎn)�，F(xiàn)將隔倉板生產(chǎn)工藝技術(shù)設(shè)計路線和質(zhì)量控制過程簡述如下。
2、原裝國外進(jìn)口隔倉板化學(xué)成分和主要性能檢測分析
    從大宇水泥（山東）有限公司使用過的廢1日隔倉板上取樣，進(jìn)行主要化學(xué)元素分析和性能檢測（見表1），結(jié)果顯示：國外隔倉板材料主要是低碳高合金鋼，化學(xué)成分中沒有發(fā)現(xiàn)淬透性元素Mo、Ni等，熱處理工藝排除空冷或風(fēng)冷淬火的可能，經(jīng)初步分析應(yīng)為油淬或其它介質(zhì)淬火，HRC 41. 5:-45，從殘舊件上發(fā)現(xiàn)有卷韌邊，說明材料韌性好，適合特大型磨機(jī)隔倉板的技術(shù)要求。
3、∮5.4×15.5m特大型水泥磨機(jī)隔倉板化學(xué)成分優(yōu)化和技術(shù)設(shè)計路線
3.1技術(shù)路線設(shè)計
     眾所周知，水泥磨機(jī)隔倉板磨損機(jī)理為粗磨倉粉磨達(dá)到粒度一定的物料是通過隔倉板篦縫到細(xì)磨倉的，物料對隔倉板篦縫進(jìn)行擠壓沖刷磨損，球和物料對隔倉板進(jìn)行側(cè)沖擊鑿削磨損，并且隔倉板多為懸臂梁式安裝，螺栓固定，受力狀況十分惡劣。因此，材料的韌性要好（沖擊值ak≥25J/ctri2，硬度HRC 45～50）。該套磨機(jī)粉磨工藝指標(biāo)主要有平均球徑∮80 mm，最大鋼球∮100 mm，入磨粒度≤25 mm，入磨水份≤1，磨機(jī)轉(zhuǎn)速約15r/min，臺時產(chǎn)量大于250t/h。為滿足上述生產(chǎn)條件及隔倉板使用性能要求，保證所選隔倉板金屬材料既有足夠高耐磨性，又有足夠的強(qiáng)韌性配合。結(jié)合國內(nèi)大型磨機(jī)的選材，并考慮成本諸因素，我們確定在本公司中碳中鉻合金耐磨鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)行化學(xué)成分優(yōu)化，采用多元微合金變質(zhì)及精煉技術(shù)以細(xì)化組織，配以相應(yīng)的熱處理工藝，使隔倉板在服役中既不塑性變形又耐磨損不斷裂，不發(fā)生早期失效，使用壽命在3年以上，實(shí)現(xiàn)安全正常生產(chǎn)，滿足市場客戶的需求，富通新能源銷售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
3.1化學(xué)成分的確定
    化學(xué)成分見表2。
    C：C是主導(dǎo)元素。通過多次試驗(yàn)證明，C<0.3%鋼的耐磨性不足而韌性較佳。當(dāng)C>O. 45%時，HRC值雖有所提高，但韌性大為降低。從隔倉板的使用性能考慮，CO.33～0. 42%為宜。
    Si:Si是固溶于鐵素體和奧氏體中，有明顯的強(qiáng)化作用，Si對鋼的韌性有不利的影響，特別是Cr、Mn、Si三元素同時存在時，在鑄造中裂紋和開裂的傾向增大，生產(chǎn)工藝難度及廢品率增加。因此，Si按常規(guī)0.4～0.8%控制加入。
    Mn：Mn的加入有利于提高淬透性，Mn在一定范圍內(nèi)能提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，Mn又是較強(qiáng)的脫硫劑，可減少硫的有害作用。但過量的Mn會導(dǎo)致鋼的淬火組織中奧氏體增加，易引起晶粒粗大，使鋼的硬度下降，耐磨性降低。故Mn O．6～1.2%為宜。
    Cr: Cr是強(qiáng)碳化物形成元素。在鋼中隨Cr量的變化，碳化物可轉(zhuǎn)變?yōu)閷�抗磨有利的碳化物類型。�?dāng)Cr >4%時，即可有硬度較高的M7C3型碳化物出現(xiàn)，這有利于提高鋼的耐磨性。另有部分Cr溶入基體中，既強(qiáng)化基體又提高淬透性。Cr在回火時能阻止或減緩碳化物的析出和集聚，使碳化物保持較大的分散度，有利于強(qiáng)度和硬度的提高。但Cr量不宜過高，否則易形成柱狀晶和枝晶偏析，增大生產(chǎn)白點(diǎn)的傾向性。綜合考慮Cr4. 5～5. 5%為宜。
    Ti：Ti是活潑元素。鋼中加入微量的鈦，可以明顯細(xì)化晶粒，減少枝晶偏析，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。鈦還是一種脫氧去氣劑，在鋼中形成極為穩(wěn)定的TiC，并不易溶解，只有當(dāng)鋼加熱到1000℃以上才緩慢地溶解，從而保證鋼在熱處理中能獲得細(xì)晶粒組織。鈦?zhàn)鳛閱我坏奈⒑辖鸹�元素添加到鋼中，其含量必須達(dá)到一定量（Ti>0. 04%質(zhì)量分?jǐn)?shù)），才能起到析出強(qiáng)化作用。鈦的加入不易過量，如果含量過大時，就會有多余的鈦固溶于鐵素體中，引起鐵素體的脆化作用，將會抵消細(xì)化晶粒的作用，惡化鋼的性能，綜合考慮Ti控制在0.  06～0.12%為宜。
    Cu：Cu可全部溶入奧氏體中，少量的Cu有與Ni類似作用，改善鋼的韌性，提高鋼的淬透性。其含量控制在0.3～0.5%為宜。
    S、P為有害元素，在鋼中應(yīng)嚴(yán)格控制。
4、生產(chǎn)質(zhì)量控制
4.1熔煉
    產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的優(yōu)劣多來自冶金質(zhì)量的控制，為取得高潔凈的鋼夜，熔煉是關(guān)鍵。大型隔倉板的熔煉是在750kg中頻感應(yīng)電爐中性坩堝中進(jìn)行，選用低硫低磷無銹蝕優(yōu)質(zhì)廢鋼，按精細(xì)計算的配料單全部稱重下料。高（低）碳鉻鐵破碎粒度80～100 mm，并經(jīng)250 0C烘烤。復(fù)合脫氧劑、復(fù)合變質(zhì)劑、鈦鐵破碎粒度1～10 mm，并經(jīng)150～200 0C烘烤。在熔煉的全過程中大功率送電，以縮短熔煉時間，減少合金的燒損及提高熔化速度。采用高（低）碳鉻鐵調(diào)整Cr、C的平衡。爐前分析C、Cr元素。
4.2凈化鋼液
    各元素調(diào)整平衡后，造渣升溫至1550℃除渣，加入已預(yù)熱的復(fù)合脫氧劑（見表3），加入量0.2%，復(fù)合脫氧劑既是除渣劑，又是Ca、Ba的添加劑，用以凈化鋼液，提高冶金質(zhì)量。在脫氧基本良好的潔凈液面上加入鈦鐵( FeTi30)。Ti在鋼液中形成TiN和TiC。TiC顆粒細(xì)小，是阻礙奧氏體晶粒長大的有效質(zhì)點(diǎn)，提高鋼水的潔凈度，得到N、0、S含量較小的潔凈鋼水，可獲得細(xì)晶粒組織。鈦鐵加入后，采用高效隔熱保溫劑覆蓋液面，提速升溫至1600～1620 0C時，除渣再造新渣，徹底扒渣后傾鋼出爐。
4.3變質(zhì)處理
    稀土凈化變質(zhì)處理工藝是我國獨(dú)特的凈化鋼液、細(xì)化晶粒、強(qiáng)化基體的生產(chǎn)手段之一，高的潔凈度和均勻細(xì)小的晶粒有利于提高材料的強(qiáng)度與韌性。有文獻(xiàn)表明，Y基重稀土的凈化變質(zhì)效果優(yōu)于Ce基輕稀土。變質(zhì)處理是采用中性材料鋼包，在出鋼前30min將鋼包預(yù)熱至800℃左右，將已預(yù)熱的稀土變質(zhì)劑按鋼液重量的0.3%加入鋼包底部，并用潔凈的薄鐵皮覆蓋，以延長變質(zhì)劑的反應(yīng)，對鋼液進(jìn)行孕育變質(zhì)。變質(zhì)劑的加入量不得過量，過多的變質(zhì)劑會使鋼液中夾雜物數(shù)量增多，對材料的韌性帶來不利影響。變質(zhì)溫度為1550～1580℃。變質(zhì)過程中造渣、扒渣兩次，將被融渣吸附的懸浮夾雜物及非金屬夾雜物排出。排渣即為清雜的過程。變質(zhì)處理后及時在鋼包的液面上覆蓋鋼包覆蓋劑進(jìn)行靜置，溫度降至1480～1500℃時，推開包嘴浮渣進(jìn)行澆注。
5、熱處理工藝及主要性能
    1）隨鑄件同箱澆注100×100×100 mm試塊，澆注后6h開箱打磨清理，進(jìn)行熱處理。
    2）熱處理奧氏體化在煤氣（天燃?xì)猓┕�業(yè)加熱爐中進(jìn)行，回火在75kw臺式電阻爐中進(jìn)行。其熱處理工藝見圖1。
    3）中碳中鉻合金鋼隔倉板因化學(xué)成分的變化，淬火冷卻介質(zhì)采用淬火液。淬火液冷卻特性介于油冷和空冷之間，比空冷快5～9倍左右‘8]。高溫鑄件進(jìn)入淬火液因水的比熱比空氣大，散熱速度比空氣快。進(jìn)入中、低溫度階段時，散熱速度降低，冷卻均勻，且變形開裂現(xiàn)象極微。淬火液使用溫度應(yīng)≤50℃。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)踐操作，鑄件在淬火液中的終冷溫度控制基本按以下經(jīng)驗(yàn)公式計算：
    S-K．n
    式中S是鑄件在淬火液中停留的時間（秒）；K是根據(jù)液溫不同所取的系數(shù)(3～5)秒，低溫取上限，高溫取下限；n是鑄件的平均有效厚度（毫米）。
  鑄件在淬火液中終冷溫度為：180～210℃。特別指出的是：(a)鑄件在淬火液中必須是均勻散開，不得疊壓。(b)大斷面鑄件冷卻時應(yīng)垂直入液且上下移動，不得躺臥。(c)鑄件淬火后空冷至50: -80℃及時裝爐回火。
    4)性能測試結(jié)果：沖擊試樣為10×10×55 mm無缺口試塊，在100×100×100 mm大試樣上用線切割切取。試樣隨鑄件同爐進(jìn)行熱處理。HRC值均在10×10×55 mm沖擊試樣上測得，測試結(jié)果見表4。
    5)通過金相觀察表明，該材料的金相組織符合原設(shè)定要求，即金相組織為板條馬氏體及殘余奧氏體。
6、應(yīng)用效果
    2007年初大宇水泥（山東）有限公司①5.4×15.5特大型水泥磨機(jī)隔倉板（如圖2）裝機(jī)運(yùn)行，至今己運(yùn)營近3年。又分別于2007年7-8月將該材料應(yīng)用于山西晉牌水泥集團(tuán)公司①4.4m大型磨機(jī)整體隔倉板上（鑄件高  1. 2m）和浙江水泥股份有限公司①4.2×14. 5m大型磨機(jī)隔倉板上，均表現(xiàn)了良好的耐磨性和使用效果。大量工業(yè)應(yīng)用為水泥工業(yè)新型干法生產(chǎn)企業(yè)大型和特大型磨機(jī)隔倉板的安全使用提供了技術(shù)支撐，為耐磨材料質(zhì)量技術(shù)進(jìn)步與未來發(fā)展指明了方向。
7、結(jié)束語
    (1)新研制的特大型水泥磨機(jī)隔倉板材料，主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）：C 0.33: -0. 42，Si 0.40:-0. 80,  Mn O.6--1.2,Cr 4.5--5.5,Cu 0.3:-0.5,Ti O.06～0. 12,  Re O.05: -0. 08,S≤0.035,  P≤O. 035,主要力學(xué)性能HRC45--52，a。>40J/cm2。
    (2)生產(chǎn)質(zhì)量控制的關(guān)鍵是：凈化鋼液及變質(zhì)處理技術(shù)，以凈化晶界、細(xì)化組織、強(qiáng)化基體。采用特殊淬火介質(zhì)淬火，熱工人員素質(zhì)和現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)顯得十分重要。