采用正火液淬火Cr15高铬铸铁衬板的实践

高铬铸铁耐磨衬板的热处理工艺改进我公司生产的2号和6号衬板是一种高铬合金铸铁，因其耐热耐磨性能好，广泛用于各大钢铁公司的高炉设备。

但由于其脆性大，无论在铸造还是在热处理过程中、极易断裂。

据我们过去统计，在热处理时，尺寸约在1000毫米×500毫米×25毫米以下的中小型衬板废品率一般在10～15%，尺寸在此以上的大衬板最高时甚至达到50%左右。

由于规格繁多，几何形状多样，生产难度较大，每年的平均废品率一般都在16%左右。

走访过一些单位，大家都认为衬板开裂的原因很多，与其铸造内在质量、外观质量、尺寸大小、几何形状、化学成分等多种因素有关。

但我们认为主要是热处理加热和冷却条件。

这种衬板在加热和冷却过程中体积变化特别突出。

加热时其体积增大，而冷却时体积缩小。

对同一块衬板来说，加热速度过快，体积增大速度上下不一，造成较大应力，导致开裂。

衬板在砂箱中摆放过挤，受热后体积增大受到限制，也会迫使它以开裂方式释放体积变化受阻产生的应力。

开裂最多是在出炉后，衬板在砂箱中以空气风冷时，边缘冷却快，体积大幅度收缩，而中部不易冷却，其红热部分收缩量滞后，中部阻止外部收缩，这时中部承受边缘施加的压应力，而边缘收缩受阻承受很大的拉应力，而衬板的韧性又较低，当拉应力达到一定极限后，外部边缘以开裂形式来释放应力。

这时如注意观察会发现，裂纹通常起源于衬板冷得最快的长边中段某处,因为这里的应力聚集最大，开口裂得较宽，裂口端部可达3～4毫米，当中部随时间延长逐渐降温收缩后，边缘与中部的收缩量接近一致，裂口便闭合在一起，然而，很长的裂纹已经产生，甚至断开。

所以我们认为冷却和加热过程中，在同一块衬板上的温度一致性，是保证衬板不裂的决定性因素。

裂因明确后，在加热过程中，我们采取逐步升温、均温的方法，这与老方法基本相同，目的使同一块衬板均匀受热，各部分膨胀系数基本一样，但必须注意要将大衬板摆放在宽松的工装或砂箱内，让其可以有足够的空间膨胀。

15CrMoR耐热钢板的试制开发黄星武【摘要】采用Cr、Mo复合微合金化的成分设计,通过低温加热及控制轧制、正火、回火热处理工艺技术,八钢成功开发了15CrMoR耐热结构钢板.钢板不但强度性能良好,且具有耐热性能,各项性能指标均高于国标要求.【期刊名称】《新疆钢铁》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】3页(P1-3)【关键词】15CrMoR钢板;控制轧制;强度;耐热性能【作者】黄星武【作者单位】宝钢集团八钢公司制造管理部【正文语种】中文【中图分类】TF762+.315CrMoR是一种耐热压力容器钢板，因其具有良好的耐热性能，能够在300～500℃的温度下长期服役，在石油化工、煤化工等领域有着广泛的应用。

新疆地区石油、煤炭资源丰富，近年来煤化工产业发展迅速，需要制造大量的化工装备，因此对15CrMoR、14Cr1MoR等钢板具有较大的市场需求。

2017年市场及用户急需15CrMoR钢生产压力容器钢板。

15CrMoR钢板在保证强度要求的基础上具有良好的耐热性能。

八钢公司中厚板轧制生产线投产以来，生产了大量的 Q245R、Q345R、Q370R、16MnDR压力容器钢板，主要应用于新疆、甘肃及周边地区的各类化工等企业。

八钢公司具有多年生产Q345R等产品的经验，结合自有冶炼、轧制设备状况，通过开展成分设计、炼钢工艺、轧钢工艺、热处理技术研究并经过工业性试制，成功开发了15CrMoR耐热合金结构钢板。

1 15CrMoR钢板的成分设计耐热钢15CrMoR对钢质纯净度要求非常严格，有害元素硫、磷、氢含量很低。

针对薄规格钢板，C含量控制在0.13%。

添加Cr、Mo元素可以使钢具有良好的高温抗氧化性。

铬的熔点高，本身具有抗蠕变性能，钼溶于铁素体后提高再结晶温度，强化铁素体；以细小碳化物的形式产生弥散强化，从而提高钢材的蠕变强度。

铬能够在钢的表面形成致密的氧化铬，可以阻止氧、硫、氮等气体向钢中扩散。

高韧性高铬铸铁衬板的研制和应用冯胜山杨应凯叶学贤曹金宏余松明1 前言据统计，我国每年消耗的金属耐磨材料约300万吨以上，其中仅冶金矿山消耗的衬板就达10万吨左右。

目前我国各类矿山用磨机等选矿设备中的衬板等易损件一般都采用ZGMn13高锰钢材质。

这类易损件在使用时要承受一定的冲击和磨料磨损，因此其材质应具有良好的抗磨性能和一定的冲击韧性。

ZGMn13奥氏体高锰钢的冲击韧性很高(аk达200J/cm2),原始硬度不超过HB230，但在高的冲击负荷作用下，工件表面层能够产生硬化效应，其表面硬度可达HRC42～48，而中心仍保持优良的韧性。

但如果服役时冲击能量不够，奥氏体高锰钢表面冲击硬化效应不能充分产生，高锰钢表面达不到高硬度，则工件很快磨损。

同时高锰钢的屈服极限（б0.2）较低（约为350MPa左右），在使用中，尤其是使用前期工件易发生塑性变形。

另外球磨机衬板与研磨介质（如磨球）之间还存在一个硬度匹配问题，研磨介质硬度一般应高于衬板硬度HRC3左右较宜，但目前很多厂矿使用的低铬铸铁、高铬铸铁磨球的硬度大大高于高锰钢衬板硬度。

高锰钢在低冲击负荷下的上述不足常常导致工件的韧性有余而耐磨性不够，磨损失效快，而且变形严重，致使工件寿命短。

Cr>11%的高铬白口铸铁的共晶碳化物为六方晶系的M7C3，（CrFe）7C3的硬度为HRV50 1200～1800，比一般白口铸铁的共晶碳化物Fe3C（HRV50840～1100）高，同时凝固特性发生变化，凝固时（CrFe）7C3是孤立相，而奥氏体是连续相，因而韧性较普通白口铸铁大有改善，因此是抗磨粒磨损和抗切削磨损的首选材料。

国外应用较多，主要用于中低冲击负荷工况条件的衬板、锤头、磨球、渣浆泵过流部件等大中型磨损件。

国内外对高铬铸铁的磨损机制、断裂机制、断裂韧性（Ｋ1c值）、裂纹扩展机理进行了一系列的研究，结果表明高铬铸铁可以通过调整碳铬比，加入各类合金元素，采用稀土变质处理和热处理工艺等来控制碳化物的大小和形态、二次碳化物量及弥散度以及基体组织（马氏体、奥氏体、索氏体），从而调整性能，满足工件使用要求。

材料科学与工程学院“综合实验”总结报告题目GCr15热处理工艺探究院系材料科学与工程专业金属材料科学 ___________年级 _____________学生姓名谭政 _________________指导教师杨凯军 _______________2012年10月（一）GCr15化学成分（% : C: 0.95-1.05 Mn : 0.25-0.45 Si: 0.15-0.35 S : <=0.025 P:<=0.025 Cr:1.40-1.65Mo: w 0.10 Ni: w 0.30 Cu: < 0.25 Ni+C（GB/TJ158254-2002 ）;临界温度：Ac1 : 745 C Ac3 : 900 C Ar1 : 700 C铸态组织及性能：其铸态组织为等轴细层状珠光体，层间距约为85nm油淬得到马氏体片层间距0.35um,其硬度随着回火温度的升高而降低，这与回火中&碳化物的析出及长大有关。

GCr15具有肩高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度，解除疲劳强度高，有良好的尺寸稳定性和抗蚀性，冷变形塑性适中，切削性能一般，焊接性差，存在第一类回火脆性，可作滚动轴承钢也可作承受大负荷，要求高耐磨性，高弹性极限，高接触疲劳强度的气压机械零件及各种精密量具冷冲模等，如：机床的滚珠、丝杆、涡轮喷气发动机喷嘴的喷口、柱塞、活门、衬套等。

（二）热处理工艺热处理：是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构，来控制其性能的一种金属热加工工艺。

1 .正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。

2. 退火：将工件加热至AC1或AC3温度以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。

‘ 一类是：在临界温度（Ac1或Ac3）以上的退火，又称为相变重结晶退火，包括完全\ 退火、不完全退火、球化退火和扩散退火（均匀化退火）等；k另一类是：在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去应力退火。

高铬铸铁最佳淬火方式理论说明1. 引言1.1 概述高铬铸铁是一种重要的工程材料，具有优异的耐磨性、耐热性和耐腐蚀性。

在许多领域中，如汽车制造、能源产业和机械制造等，高铬铸铁被广泛应用于各种关键零部件的制造。

淬火是提高高铬铸铁硬度和强度的有效方法。

然而，在选择最佳淬火方式时还存在许多挑战。

1.2 文章结构本文将围绕高铬铸铁最佳淬火方式展开详细讨论。

首先，我们将介绍高铬铸铁的特性，包括其成分组成和性能特点，以及淬火对其性能的影响。

然后，我们将探讨选择最佳淬火方式涉及的因素，包括材料硬度要求、制造工艺及设备条件以及经济效益考虑。

接下来，我们将进行理论分析和实验验证，并对淬火传热理论进行详细分析。

同时，我们还将设计淬火试验方案，并使用数据分析方法进行结果验证与预测。

最后，在结论部分我们将总结推荐高铬铸铁的最佳淬火方式，并提出未来研究方向的建议和展望。

1.3 目的本文的目标是探讨高铬铸铁最佳淬火方式的理论依据和实际验证，以提供工程师在制定相关工艺方案和选择适用条件时的参考。

通过深入研究高铬铸铁的特性、淬火方式选择因素以及淬火传热理论分析与实验验证，我们旨在为高铬铸铁的优化加工提供科学依据，并促进该材料在各个领域中更广泛、有效地应用。

2. 高铬铸铁的特性:2.1 成分组成和性能特点根据研究表明，高铬铸铁是一种含有较高比例的铬元素的合金材料。

其主要成分包括碳、硅、锰以及大量的铬。

这些成分的比例对于高铬铸铁的性能特点具有重要影响。

首先，高铬铸铁具有优异的耐磨性和耐蚀性。

其中，高浓度的碳元素赋予了它良好的硬度和抗磨损能力，使其适用于各种摩擦和磨损环境。

同时，大量添加的铬元素能够形成致密而稳定的氧化膜，有效防止高温下氧化物对材料的侵蚀。

其次，高铬铸铁还表现出较好的耐高温性能。

由于含有大量的硅和锰元素，在高温环境下形成了稳定且均匀的晶体结构，使得它具备出色的抗热震和抗变形能力。

此外，高铬铸铁在强韧性方面也具备一定优势。

高铬铸铁综合实验报告第一篇基础实验第一部分铸造综合设计实验在进行高铬铸铁试样制备之前先了解一下铸造实验室主要大型设备和常用设备的原理，使用维护和注意事项。

1、中频感应电炉使用可控硅元件连接成三相全控桥电路，将三相工频交流电压整流为单相直流电压。

（电压从0伏-540伏可调节）为逆变电路提供了电源。

炉体的感应线圈（铜管绕制）与补偿电容组成振荡电路，从而将三相工频电压转换成单相的中频电压（1000Hz）。

此电压通入感应线圈就可熔炼金属，也可中频淬火。

中频感应电炉在使用过程中一定要保证冷却水管畅通无阻。

在调节功率时不要超过额定值（电压<750V,电流<300A）。

2、真空热电炉利用可控硅调压器以及大功率变压器提供给石墨发热体可调节电压（0-30伏），石墨发热体安置在耐用钢板制作的炉体内，此炉体通过机械真空泵及扩散泵的工作将炉体内的空气抽出形成真空。

这样在一定的真空度夏可烧结材料。

真空热压炉在使用过程中同样保持冷水管畅通。

实验一铸造合金流动性测定实验内容：配制Al—Cu5%的合金，用螺旋型板制作砂型，将熔化好的试验材料浇入砂型，等凝固后，清理出螺旋形试样，测量出螺旋形试样长度，分析浇注温度、铸型性质对合金流动性的影响。

1、同种合金，铸型性质相同，分析浇注温度对合金流动性的影响。

由实验数据可知，同种合金，铸型性质相同，浇注温度越高，凝固后清理出的螺旋线长度就越长，说明合金流动性越好。

2、同种合金，浇注温度相同，分析铸型性质对合金流动性的影响。

由实验数据可知，同种合金，浇注温度相同，型腔内涂了黑烟的砂型比普通砂型凝固后清理出的螺旋线长度长，说明合金流动性较好。

实验二高铬铸铁试样的制备1、概述高铬铸铁是一种耐磨合金白口铁，它具有很高的抗磨料磨损性能、适当的韧性以及较高的抗磨蚀性，并且经退火后能被切割加工。

因此在世界上它得到了越来越多的应用，已被成功地用于各种磨煤机，矿石破碎机、水泥磨机、抛丸机、泥浆泵等受磨损严重的零件上，并获得显著的经济效益。

立式磨机用高铬铸铁螺旋衬板热处理工艺研究郭亚非;李洁;庞庆海;郎庆斌;殷立涛【摘要】采用50 kg中频感应炉冶炼浇注了亚共晶高铬铸铁Cr15试样,研究了高温淬火和时效处理温度对其力学性能的影响.结果表明:在不同淬火和时效温度下,综合考虑宏观硬度与冲击韧性,Cr15高铬铸铁获得较佳综合力学性能的热处理工艺为1000℃淬火+500℃回火.经生产实践验证,产品的各项性能指标均能满足技术要求.【期刊名称】《大型铸锻件》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】5页(P34-37,45)【关键词】高温淬火;时效处理;力学性能【作者】郭亚非;李洁;庞庆海;郎庆斌;殷立涛【作者单位】中信重工机械股份有限公司,河南471039;矿山重型装备国家重点实验室,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;矿山重型装备国家重点实验室,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;矿山重型装备国家重点实验室,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;矿山重型装备国家重点实验室,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;矿山重型装备国家重点实验室,河南471039【正文语种】中文【中图分类】TG156长期以来，立式磨机因其占地面积小、效率高、电耗低等特点，在现代水泥、化工、煤炭、电力等行业中得到广泛应用。

作为设备的主要易损配件，高铬铸铁螺旋衬板发挥着不可替代的重要作用，但其在使用过程中也存在脆性大、易开裂等问题，在一定程度上阻碍了推广和发展。

本文对立式磨用高铬铸铁螺旋衬板的热处理工艺进行了探索和研究，合理的热处理工艺可以改善高铬铸铁中碳化物的分布和形态，实现高铬铸铁硬度和韧性的最优化配合。

高铬铸铁螺旋衬板技术要求如表1所示。

表1 高铬铸铁螺旋衬板技术要求Table 1 Technical requirements of high-chromium cast iron spiral lining sheetHRC表面距表面0～50 mm无缺口冲击韧性J·cm-2≥60≥58≥51 试验材料及方法1.1 试验材料制备本文研究的Cr15高铬铸铁化学成分如表2所示。