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摘要：合金磨片是造纸工业中用于纤维切断，分离的热磨机或盘磨机的关键易耗部位。高铬耐磨铸钢是一种新型的合金磨片使用材料，其化学成分将直接影响磨片的耐磨性与抗腐蚀性能。本文对高铬耐磨铸钢中的各合金元素进行详细分析并通过计算获得最佳的化学成分配比。
关键词：高铬耐磨铸钢；合金元素；耐磨性；抗腐蚀性
ABSTRACT：In the paper industry，disc grinding is used to cut andseparate fibers.But it is the most easy to wear.High-chromium wear-resistant cast steel is a new type of material used for processingalloy grinding.Its chemical composition will directly affect the wear resistance and corrosion resistance.In this paper，we analyze the influence of all kinds of alloy element in detail，and get the best chemical composition ratio through scientific calculation.
Key Words：High-chromium wear-resistant cast steel；Alloy element；Wear resistance；Corrosion resistance.
1引言
造纸行业中使用的合金磨片在分离纤维的同时，自身也会磨损。在整个磨片的使用周期中，更换磨片的费用甚至超过热磨机的购置费用。磨片技术特性任何微小的变化，对热磨机的运行都十分的敏感。目前，我国相当部分的磨片还依赖进口，所以提高国产磨片质量，改善其耐磨性和使用寿命已成当务之急[1]。高铬耐磨铸钢磨作为一种新型的耐磨材料，是目前磨片产业中研究的热点[2]。
2 高铬耐磨铸钢磨片中各合金元素作用
2.1 碳元素的作用
碳在高铬铸钢中部分溶入α-Fe中，也能与Cr，Fe等形成M7C3，M23C6，M3C等化合物。碳化物数量，类型及其分布形态是影响耐磨性和韧性的关键。碳化物数量取决于碳量和铬量，当其含量在25～30%范围内时，耐磨性最好，反之则下降，所以碳含量不易过大或过小。
2.2 铬元素的作用
铬是强碳化物形成元素，是决定碳化物类型的主要元素。铬在基体中的溶解量随加入量的增加而增加，且当铬含量位于17～18%时，铸钢的硬度与耐磨性都较佳。随铬含量的增加，马氏体转变点Ms点上升，共晶温度和共析温度均提高，且它还可增加铸
钢的淬透性，耐热性，提高钢局部耐腐蚀性，比如晶间腐蚀.点腐蚀，缝隙腐蚀以及某种条件下的应力性能腐蚀。
2.3 锰元素的作用
锰抑制珠光体的转变，稳定奥氏体和碳化物。锰虽然能提高淬透性，但因其强烈降低马氏体转变点Ms，稳定奥氏体，故热处理后奥氏体量增加，抗冲击强度下降，铸件开裂倾向增大。锰的加入还影响钼在基体和碳化物中的分配比例。锰量增加，钼在基体中的分配比例增大。当合金中含有少量钼时，加入少量的锰（Mn<1.0%）可提高淬透性，因此可用一定量的锰代替部分钼。而过多的锰将使奥氏体稳定，淬透性程度下降[3]。
2.4 钼元素的作用
钼溶于基体和碳化物中，溶于基体的钼具有抑制珠光体形成和提高淬透性作用，它虽然抑制珠光体的形成，但不同于Cu，Ni，Mn等合金元素。钼不能稳定奥氏体，能提高淬透性和马氏体转变点Ms，不影响加工硬化过程。钼可使铸态组织细化，奥氏体增多，铸态硬度和韧性都提高，还可使热处理淬透性和耐磨性都增加。
2.5 氮元素的作用
常压下氮在液态钢中的溶解度很低，但是少量的氮作为合金元素可以和钢中的其它合金元素交互作用，而赋予该钢种许多优异性能。氮可以扩大奥氏体组织，提高钢的强度而韧性不降低，同时还能提高钢的强度，增加了耐磨性[4-5]。
3 化学成分设计
为了使高铬耐磨铸钢磨片获得良好的耐磨性，Cr，C，Mo，Mn含量应相互匹配。一方面要保证形成碳化物，即Cr的质量分数必须大于9 %。另一方面应获得良好的淬透性，得到均匀，细小的马氏体基体组织，保持较高的强度和抗冲击性能[6]。W（Cr）%一般按下式计算：
W（Cr）=1.95 % W（Cr）/ W（C）- 2.47 %
碳化物数量是提高耐磨性的一个重要参数，碳化物质量分数K（%）与Cr，C的关系如下：
K（%）=11.3 W（C）+0.5 W（Cr）- 13.4 %
但高铬耐磨铸钢中如果只有Cr和C两种元素的话，其淬透性很差。为了提高高铬耐磨铸钢的淬透性应加入Mo元素。Mo 一部分进入M7C3型碳化物，一部分进入奥氏体，提高其淬透性。Mo能改善其淬透性，但对马氏体相变稳定点Ms的影响较小。所以经常采用Mo与Cu联合使用，淬透性提高更为明显。但Mo与Cu的含量都不宜过高。
锰也是决定高铬耐磨铸钢力学性能和耐磨性的主要成分。锰的含量通常为0.4～1.0，锰能提高钢的耐磨性能，但如果含量过大，对力学性能不再有明显好处，反而使导热性降低，初生晶粒粗大，易产生裂纹，并生成锰的碳化物，给热处理带来困难。
钒和钛都能细化晶粒，加入一定量可使试样的韧性与硬度提高，同时也能提高其淬透性。
氮有扩大奥氏体区的作用，氮使C曲线等温转变的孕育期延长，使转变过程进行变慢，使Ms点降低，对提高淬透性很有效，但氮含量越高，初生奥氏体中富集的氮越多，从而奥氏体越稳定，硬度越低，耐磨性越低。
综合以上对各合金元素的要求，为使高铬耐磨铸钢获的最佳的力学性能与耐磨性能，最终确定其化学成分如表1所示：
表1：高铬耐磨铸钢的化学成分（%）
结语
本文通过对高铬耐磨铸钢磨片中各种合金元素的作用进行详细的分析，然后对每种元素含量进行计算，并结合各元素间的相互影响作用，最终确定最佳的化学成分配比。利用该配比，结合适当的铸造、热处理工艺，便可获得性能最佳的高铬耐磨铸钢磨片。
参考文献：
[1] 黄均生.我国合金磨片材料的现状和对 策探讨[M].广州：广东工业大学出版社；2007，01.
[2] 黄钧声.我国高铬抗磨高铬铸铁磨片材料的发展[J].现代铸铁，2007（1）：81284.
[3] 李玄军，赵红杰.合金元素在高铬铸铁中的作用[J].河南冶金；1999，（2）；28-30.
[4] 李革德，杨景祥．氮在灰铸铁凝固过程中的作用[C]．中国铸造学会第三届铸铁及熔炼学术会议论文，1987：
[5] I．C．H．Hughes．The Role of Gases in the Structure of Cast Iron[J]．AFS Transactions，1969（77）：121—133.
[6] 宋延沛，王文，谢敬佩等.微量元素对高碳中锰钢组织和冲击磨损性能的影响]JI.矿山机械，2001，（11）：59一60.
论文作者:张长辉
论文发表刊物:《基层建设》2015年32期
论文发表时间:2016/11/2
标签：碳化物论文; 奥氏体论文; 合金论文; 耐磨论文; 耐磨性论文; 元素论文; 磨片论文; 《基层建设》2015年32期论文;