據(jù)統(tǒng)計，我國每年消耗的金屬耐磨材料約300萬噸以上，其中僅冶金礦山消耗的襯板就達10萬噸左右。目前我國各類礦山磨機等選礦山用磨機等選礦設備中的襯板等易損件一般都采用ZGMn13高錳鋼材質。這類易損件在使用時要承受一定的沖擊和磨料磨損，因此其材質應具良好的抗磨性能和一定的沖擊韌性。ZGMn13奧氏體高錳鋼的沖擊韌性很高（ak達200J/cm2），原始硬度不超過HB230，但在高的沖擊負荷作用下，工作表面層能夠產(chǎn)生硬化效應，其表面硬度可達HRC42-48，而中心仍保持優(yōu)良的韌性。但如果服役時沖擊能量不夠，奧氏體高錳鋼表面沖擊硬化效應不能充分產(chǎn)生，高錳鋼表面達不到高硬度，則工體很快磨損。同時高錳鋼的屈服極限（δ0.2）較低（約為350Mpa左右），在使用中，尤其是使用前期工件易發(fā)生塑性變形。另外球磨機襯板與研磨介質（如磨球）之間還存在一個硬度匹配問題，研磨介質硬度一般應高于襯板硬度HRC3左右較宜，但目前很多廠礦使用的低鉻鑄鐵、高鉻鑄鐵磨球的硬度大大高于高錳鋼材板硬度。高錳鋼在低沖擊負荷下的上述不足常常導致工件的韌性有余而耐磨性不夠，磨損失效快，而且變形嚴重，致使工體壽命短。

      Cr>11%的高鉻白口鑄鐵的共晶碳化物為六方晶系的M7C3，（CrFe）7C3硬度為HRM501200-1800，比一般白口鑄鐵的共晶碳化物Fe3C3（HRV50840-1100）高，同時凝固時（CrFe）7C3 是孤立相，而奧氏體是連續(xù)相，因而韌性較普通白口鑄鐵大有改善，因此是搞磨粒磨損和抗切削磨損的首選材料。國外應用較多，主要用于中低沖擊負荷工況條件的襯板、錘頭、磨球、渣漿泵過流部件等大中型磨損件。國內外對高鉻鑄鐵的磨損機制、斷裂機制、斷裂韌性（K1c值）、裂紋擴展機理進行了一系列的研究，結果表明高鉻鑄鐵可通過調整碳化物的大小和形態(tài)、二次碳化物量及彌散度以及基體組織（馬氏體、奧氏體、索氏體），從而調整性能、滿足工作使用要求。近年來國內有關單位也開展了高鉻鑄鐵襯板的研究，其耐磨性可達同工況下高錳鋼的2倍以上。但這些材料的韌性仍嫌較低（10×10×55mm無缺口試樣的沖擊值≤7.3J/cm2）而且含鉬、銅等合金元素，生產(chǎn)成本較高。因此這類高鉻鑄鐵仍有待進一步改進和完善。

二．高鉻鑄鐵的成分設計

1．碳和鉻

碳和鉻的主要作用是保證鑄鐵中碳化物數(shù)量和形態(tài)。隨著C量提高，碳化物增多；隨著Cr/C比的增加，共晶碳化物的形貌經(jīng)歷了由連續(xù)網(wǎng)狀→片狀→桿狀連續(xù)程度減小的過程，共晶碳化物晶體類型經(jīng)歷由M3C→M3C+M7C3→M7C3的變化過程。有資料指出：當共晶碳化物不變，且Cr/C為6.6-7.1時，同鉻鑄鐵的斷裂紋擴展能力最強。根據(jù)這些原理，宜將C量定為3.1-3.6%，Cr量為20-25%�；�體中的Cr還可以提高材料的淬透性。

2．鎳

其作用是增加高鉻鑄鐵的淬透性，抑制奧氏體基體向珠光體的轉變，促進馬氏體基的形成。

3．鎢

其作用是細化晶粒，提高硬度，增加耐磨性。

4．高效稀土復合變質劑

其作用是脫氧和去硫，從而抑制夾雜物在晶界的偏聚，改善晶界狀況；另外，由于稀土元素偏聚、吸附在碳化物擇優(yōu)長大的方向上，使碳化物的生長受到抑制，從而使其變得均勻、孤立，而其他變質元素可以形成彌散分布的碳、氮化合物，阻止晶粒長大，從而細化晶粒。稀土復合變質劑的以上作用不僅改善材料的顯微組織，而且可使材料在硬度特別是沖擊韌性明顯提高。本高效稀土復合變質劑的加入量取0.2-0.5%為宜。

三．高鉻鑄鐵的組織和性能

1．鑄態(tài)

組織：索氏體+共晶碳化物及條狀塊壯棒狀碳化物。
硬度：HRC48.6，49.3，46.0，49.4，51.7。平均硬度：HRC49。

2．熱處理態(tài)

經(jīng)過“正火空冷+回火空冷”的熱處理后，硬度平均為HRC60.5，金相組織為馬氏體+共晶碳化物+條狀塊狀棒狀碳化物。

四．襯板鑄件試制

1．熔煉工藝

熔煉在500kg酸性中頻電爐中進行

（1）先往500kg酸性中頻電爐中加入廢鋼和生鐵熔清，再加入鉻鐵、鎢鐵、鎳調整鐵水成分。
（2）在出鐵前5-10鐘內先后加入錳鐵和硅鐵。
（3）在出鐵前2分鐘左右加入0.05%純鋁脫氧。
（4）鐵水出爐溫度控制在1460-1500℃左右。
（5）在包內沖入1.4kg高效稀土復合變質劑進行孕育處理.
（6）往包內撒入適量保溫聚渣劑覆蓋，并鎮(zhèn)靜5分鐘左右，扒渣。
（7）鐵水澆注溫度控制在1360-1400℃左右。

2．造型制芯工藝

造型工藝采用有機酯水玻璃砂工藝

配料：下箱砂與芯砂：原砂（40/70目）100%+水玻璃5%（占原砂重）+有機酯12%（占水玻璃重）+EZK型潰散劑2.5%（占原砂重）。
上箱砂：原砂100%+水玻璃4.5%（占原砂重）+有機酯12%（占水玻璃重）不加潰散劑。
混砂工藝：原砂加潰散劑混1分鐘→加有機酯混2-3分鐘→加水玻璃混1-2分鐘→出砂
型砂可使用時間：25-30分鐘。
脫模時間：0.5-1.5小時。
涂料采用醇基鋯英粉涂料，要求攪拌充分，均勻刷涂兩次，占火快干。冒口采用漂珠保溫套。試生產(chǎn)的鑄件表面質量好，無鑄造缺陷。

3．熱處理工藝

鑄件清理后，進行熱處理。熱處理在臺車式電阻爐內進行，熱處理工藝為“正火空冷+回火空冷”。鑄件熱處理后硬度平均為HRC60.5，沖擊韌性高達8.J/cm2（10×10×55mm無缺口試樣）。

五．裝機試用

試生產(chǎn)的襯板裝機運行試驗生產(chǎn)率為115T/h的ф3.6×4m濕式球磨機中進行.鐵礦石莫氏硬度F=7-8。新型高鉻鑄鐵襯板與高錳鋼（ZGMn13）襯板同時間隔安裝。試驗從2001年7月4日開始，在使用5081小時，處理鐵石606720噸后，新型低合金鋼襯板與相同工況下的高錳鋼襯板的質量變化情況對比表1。由表1可知：高鉻鑄鐵襯板的耐磨性是高錳鋼（ZGMn13）襯板的2.6倍。

開機檢查，未見襯板有裂紋。這表明：這種高鉻鑄鐵襯板的韌性能達到磨機的使用要求。

表1 兩種材料質襯板的耐磨性對比

襯板材質	原始質量(kg)	使用后質量(kg)	質量減量(kg)	磨損率%	相對耐磨性
（ZGMn13）	326(kg)	277.3(kg)	48.7(kg)	14.94	1
高鉻鑄鐵	319(kg)	300.5(kg)	18.5(kg)	5.79	2.6

六．結語

新型高韌性高鉻鑄鐵襯板（KmTBCr20NiWRe）不含價格昂貴的鉬、銅、采用了適合我國資源特點的主效稀土復合變質劑和較多的鉻，其硬度達到HRC60以上，沖擊韌性達8J/cm2以上，耐磨性達到ZGMn13高錳襯板的2.6倍。