目前，国内主要使用ZGMn13钢制作球磨机衬板，但在既受腐蚀又受冲击和磨损的冶金矿山的恶劣工矿条件下，该钢因加工硬化不足，耐腐蚀性较差，以致衬板使用寿命很短。为此，国内外纷纷研制改性高锰钢、中碳合金钢、高铬铸铁等材质用以取代高锰钢。但迄今为止，新开发的各种钢铁材质球磨机衬板在冶金矿山湿式磨机中的使用寿命与高锰钢相比提高强度不大。近年来研制出一种低碳高合金衬板，这种衬板的使用寿命是高锰钢的2倍，但由于该钢中所含的镍为贵重金属，在一定程度上提高了该钢种的成本，从而影响了其推广和应用。为此，通过以适量的锰代替钢中的镍，测试了加镍低碳高合金钢和以锰代镍低碳高合金钢的组织及冲击腐蚀磨损性能，并对冲击腐蚀磨损机理进行了探讨，希望研究结果对开发性价比更好的耐冲击腐蚀磨损新材质具有一定的参考价值。
实验所用加镍低碳高合金钢和以锰代镍低碳高合金钢化学成分如表1所示。
表1 实验合金钢的化学成分(质量分数,%)
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材料 |
C |
Cr |
Ni |
Mo |
Mn |
Si |
S |
P |
|
1# |
0.21 |
9.10 |
2.00 |
0.68 |
<0.5 |
<0.22 |
<0.035 |
<0.035 |
|
2# |
0.21 |
9.22 |
- |
0.72 |
1.88 |
<0.22 |
<0.035 |
<0.035 |
钢锭模中浇铸，获得的铸锭放到砂堆中缓冷。随后将铸锭在950℃保温2.5h进行均匀化退火。退火后的铸锭用线切割方法加工成10mm×10mm×30mm的毛坯试样。毛坯试样经淬火和回火处理，工艺制度为：550℃×1h预热，1050℃×0.5h加热后油淬，再进行250℃×2h回火，得到最终试样。由于热处理温度很高，为防止脱碳和减少氧化，用铸铁屑和木炭以2∶1混合加以保护。
由于低碳高合金钢有很好的耐蚀性，因此腐蚀剂选用了腐蚀性较强的氯化铁盐酸水溶液，配比为：氯化铁5g，盐酸50ml，水100ml。采用MLD-10型冲击磨损试验机进行磨损试验，冲击频率为200次/min，冲击功为2.7J。上试样为待测材料，尺寸为10mm×10mm×30mm，安装在冲锤上，下试样为淬火处理的GCr15钢。为了模拟实际工况的腐蚀和磨粒磨损状态，冲击面间始终保证有一层酸性铁矿石料浆，用pH≈2.5的硫酸水溶液与颗粒大小为3～5mm的铁矿石配制而成。考虑到实验中矿石的破碎和粒度变化以及酸度的减弱可能使材料的磨损行为发生变化，因此每隔0.5h更新一次料浆。
结果发现,以锰代镍对低碳高合金钢的组织转变有一定影响。当w(C)=0.21%时，含镍的低碳高合金钢无论退火态还是淬火回火态，其组织均为单相板条马氏体；而以锰代镍低碳高合金钢退火态组织为上贝氏体＋屈氏体，淬火回火态得到单相板条马氏体。
在冲击功为2.7J、pH值为2.5的酸性铁矿石料浆中模拟实际工况表明，以锰代镍低碳高合金钢的冲击腐蚀磨损性能优于同碳量的加镍低碳高合金钢。二者的冲击腐蚀磨损机制大致相同，即短时间内为显微切削和多次塑性变形和一定的腐蚀磨损，长时间后变成疲劳剥层为主，兼有切削、多次塑变和一定的腐蚀磨损。二者的区别在于，以锰代镍低碳高合金钢的切削、多次塑变和剥层尺度均有明显减小，而腐蚀因素略有增加。(榕霖)
