高铬铸铁磨球广泛地应用于建材、冶金、矿山、电力等行业。我国从70年代末开始研究,经过20年的发展,目前已基本上完成了磨球材质的更新,有的产品已能够出口创汇。但与国际先进水平相比,我国高铬铸铁磨球无论是研究还是产品,都比较落后,这主要表现在产品的品种比较单一。美国、日本、丹麦及德国等一些发达国家的高铬铸铁磨球均已形成系列化产品,针对不同的工况条件,采用不同的高铬铸铁磨球,以获取最佳效果。就高铬铸铁磨球的材质来说,这些国家的产品铬的含量可在12%~36%之间任意调节,而我国的高铬铸铁磨球铬的含量均为12%~15%,且多为手工生产。这种高铬铸铁磨球用于干法水泥生产还可以,但用于湿法作业时,效果就很差。这主要是由于高铬铸铁的显微组织中碳化物与基体组织之间形成了微电池,使高铬铸铁磨球耐腐蚀性差,严重降低了耐磨性能。
为提高高铬铸铁磨球的抗腐蚀性能、充分发挥其优异的耐磨性能,制造高质量的磨球,我国建材行业以北京水泥机械总厂为主参照国外先进经验,研制开发了Cr25高铬铸铁磨球,应用效果较好。
1 铬含量对于高铬铸铁磨球耐磨和耐蚀性能的影响
在湿法粉磨生料时,磨球不仅受到冲击疲劳和磨料磨损,而且承受料浆的腐蚀,腐蚀会加剧磨损,磨损也会促进腐蚀,从而使得湿法生产中磨球的失重量远远超过干法生产中磨球的失重量。如果能够有效地提高高铬铸铁的耐蚀性能,高铬铸铁磨球优异的耐磨性能也就会显现出来。
基于下述理论,增加铬的含量是提高高铬铸铁磨球耐磨和耐蚀性能的有效途径之一。
1.1 铬与高铬铸铁磨球耐蚀性能
高铬铸铁磨球腐蚀磨损的主要原因是碳化物的电极电位高于基体,基体受腐蚀后对碳化物的支撑作用就大大减弱。加入大量的铬能使高铬铸铁基体迅速钝化,提高基体的耐蚀性,避免碳化物的剥落。
n/8规律:铬含量的增加,高铬铸铁的耐蚀性能不是渐变的,而是在铬与铁的原子比达到1/8、2/8……、n/8时发生突变,使腐蚀的速度显著下降。
1.2 铬与高铬铸铁磨球耐磨性能
高铬铸铁磨球耐磨性能主要取决于基体组织中碳化物的含量,碳化物越多,硬度越高,耐磨性能就越好。
高铬铸铁中共晶碳化物数量的F.Marafray计算公式:
M7C3(%)=12.33(C%)+0.55(Cr%)-15.2
很显然,当含碳量相同时,Cr25的碳化物数量明显高于Cr15。而且随着Cr/C的提高,共晶碳化物的硬度也随之提高。但韧性下降,磨球易破碎,这也是生产Cr25高铬铸铁磨球比生产Cr15高铬铸铁磨球技术难度更大的重要原因之一。
2 Cr25高铬铸铁磨球的开发与生产
Cr25高铬铸铁磨球的研究是由客户华电机械总公司的定货,根据美国FW公司提出的高铬铸铁磨球的技术条件而进行的,见表1。
表1 美国FW公司提出的高铬铸铁磨球化学成分(%)
C Cr Mn Si Ni、Mo P S
2.3~3.0 23~28 0.3~1.3 0~1.0 0~1.5 ≤0.1 ≤0.06
机械性能:硬度HRC63~68;破碎率≤1.5%(运转2000h)。
为满足上述成分及机械性能的要求,根据上述理论和工厂多年的生产经验,组织了Cr25高铬铸铁磨球的开发与生产。
(1)化学成分
Cr25高铬铸铁磨球的主要化学成分见表2。
表2 设计的Cr25高铬铸铁磨球化学成分(%)
C Cr Mn Si Ni、Mo P S
2.2~3.0 23~26 0.3~0.8 0.4 0~0.5 ≤0.05 ≤0.05