0、引言
多年來(lái)，在建材、冶金、礦山、電力行業(yè)中，大型
錘式破碎機(jī)錘頭均采用普通高錳鋼材質(zhì)，錘頭重量多在70 kg以下。在使用中，它耐磨性低且易出現(xiàn)斷裂，造成設(shè)備損壞的事故時(shí)有發(fā)生。隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，日產(chǎn)2000～4000t水泥生產(chǎn)線陸續(xù)上馬，20世紀(jì)80年代末，我國(guó)相繼從德國(guó)、丹麥等國(guó)家引進(jìn)了大型錘式破碎機(jī)設(shè)備，與之配套的90kg級(jí)以上的錘頭，由于國(guó)內(nèi)無(wú)成功生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)而不得不從國(guó)外進(jìn)口。
大型錘式破碎機(jī)所配90 kg級(jí)以上錘頭自身重，受高速循環(huán)沖擊力大，工況條件十分惡劣，而普通高錳鋼無(wú)法提供既不斷裂又要有良好耐磨性的保證。在這種情況下，我們?cè)趯?duì)冀東、珠江等水泥廠從德國(guó)和丹麥進(jìn)口的錘頭進(jìn)行了調(diào)查，并結(jié)合我國(guó)資源特點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)了90 kg級(jí)超高錳鋼(ZGMn18Cr2MoRE)大錘頭。
1、成分設(shè)計(jì)
在高轉(zhuǎn)速、高沖擊的惡劣條件下工作的90 kg級(jí)大錘頭，必須具有較高的沖擊韌性、良好的耐磨性及抗斷裂能力，同時(shí)根據(jù)其自身重、斷面厚大的特點(diǎn)進(jìn)行了以下成分設(shè)計(jì)。
碳(C):碳是鋼中影響各項(xiàng)性能的主導(dǎo)元素，為了使鋼具有較高的強(qiáng)度、硬度和較好耐磨性的同時(shí)，又具有足夠的韌性，以保證使用中不斷裂，選擇a(C)= 0.95%～1.25%。
錳(Mn)：較高的錳碳比是為了在水韌處理后獲得全奧氏體組織，當(dāng)錳在w(Mn)=13%的基礎(chǔ)上繼續(xù)提高，雖然使鋼的強(qiáng)度、韌性提高的不太多，但能使厚大斷面組織中碳化物析出量減少，對(duì)其韌性提高作用較大。為此，鋼中同時(shí)加入適量的鉻，含錳量的提高也可減少鉻在鑄態(tài)時(shí)促進(jìn)碳化物析出的有害作用。因此，將此鋼中的含錳量提高到a(Mn)=17%～20%。
硅(Si)：硅為常規(guī)含量，有較顯著的固溶強(qiáng)化作用，加入0.40%～0.80%的硅，目的在于脫氧提高鑄造工藝性能，若含硅量再提高將使鋼的韌性變壞。
鉻(Cr)：加入2.0%～3.0%的鉻是為了提高鋼的屈服強(qiáng)度，增加耐磨性，若鉻的含量過(guò)高將會(huì)使鋼的韌性降低，性能變壞。
鉬(Mo)：鋼中存在少量碳化物有利于提高耐磨性和屈服強(qiáng)度，加入0.20%～0.50%鉬，目的是改善碳化物在鋼中的分布和形態(tài)，使鋼的組織性能得到改善。
磷、硫(P，S)：鋼中的有害元素，降低材料的力學(xué)性能，增加鑄件在鑄造及熱處理中的開(kāi)裂傾向，對(duì)鋼危害較大，故應(yīng)嚴(yán)格控制在w(P)≤0.07%，w(S)≤0.05%。
稀土(RE)：作為孕育劑加入。
鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。
2試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析
2.1熱處理工藝對(duì)力學(xué)性能及顯微組織的影響
熱處理工藝試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
由表2比較可知：經(jīng)1050℃水韌處理的ZGMn18Cr2MoRE材質(zhì)碳化物溶人奧氏體量較少，致使硬度高、沖擊韌性和抗拉強(qiáng)度較低，會(huì)造成錘頭在使用中因韌性不足強(qiáng)度偏低而斷裂；該鋼種經(jīng)1150℃水韌處理后，因加熱淬火溫度過(guò)高致使碳化物溶入奧氏體中的量較多，造成硬度偏低，使用中會(huì)降低耐磨性能，導(dǎo)致壽命縮短；而經(jīng)1100℃水韌處理的ZGMn18Cr2MoRE材質(zhì)其強(qiáng)度及沖擊韌性均優(yōu)于其它兩組，硬度值較高，其金相組織也比較理想。在奧氏體基體上保留了少量合理分布的碳化物，有利于提高材料的耐磨性。同時(shí)又能保持良好的強(qiáng)度和韌性，具有較好的綜合力學(xué)性能。能夠保證大錘頭在惡劣工況條件下的安全工作。
2.2機(jī)械性能檢驗(yàn)、金相組織分析及磨損試驗(yàn)
對(duì)唐山水泥機(jī)械廠90 kg級(jí)ZGMn18Cr2MoRE鋼錘頭、冀東水泥廠引進(jìn)的德國(guó)O&K公司90kg級(jí)錘頭、普通ZGMn13錘頭分別電火花抽芯取樣，進(jìn)行了機(jī)械性能檢驗(yàn)、金相組織分析及磨損試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。
由表3可見(jiàn)，ZCMn18Cr2MoRE鋼金相組織為在奧氏體基體上保留了少量合理分布的碳化物。這種組織不但對(duì)鋼的沖擊韌性沒(méi)有大的影響，而且會(huì)提高鋼本身的耐磨性，有利于提高錘頭的使用壽命。同時(shí)，在相同磨損試驗(yàn)條件下，與德國(guó)O&K公司進(jìn)口錘頭耐磨性相近，較傳統(tǒng)高錳鋼耐磨性提高2倍以上。
2.3工況試驗(yàn)
經(jīng)過(guò)分析、論證選取具有代表性的冀東水泥廠為工況試驗(yàn)地，進(jìn)行了整機(jī)裝機(jī)試驗(yàn)。
2.3.1錘式破碎機(jī)工作參數(shù)
錘式破碎機(jī)工作參數(shù)見(jiàn)表4。
2.3.2工藝參數(shù)
錘式破碎機(jī)的工藝參數(shù)見(jiàn)表5。
2.3.3試驗(yàn)結(jié)果
ZGMn18Cr2MoRE錘頭：石灰石破碎量156. 170萬(wàn)噸／套，磨損率0.6g/噸石灰石（錘頭未完全失效）
德國(guó)O&K公司錘頭：石灰石破碎量130～200萬(wàn)噸／套，磨損率0.69～0.74g/噸石灰石。
整機(jī)裝機(jī)結(jié)果表明ZGMn18Cr2MoRE錘頭使用性能安全可靠，耐磨性能良好，達(dá)到了國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平。
3、生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)
90 kg級(jí)以上大錘頭使用中必須安全可靠，同時(shí)又要有良好的耐磨性，故生產(chǎn)工藝應(yīng)嚴(yán)格控制。
3.1冶煉
此材質(zhì)適用于電弧爐及中頻感應(yīng)電爐冶煉，化學(xué)成分應(yīng)嚴(yán)格控制，尤其P，S含量不能超標(biāo)。要求廢鋼潔凈無(wú)銹，后期加入爐料、合金需烘烤400℃以上，出鋼前作冷彎?rùn)z驗(yàn)，出鋼溫度嚴(yán)格控制在1460～1500℃。
3.2鑄造
鑄造工藝采用平做立澆，鑄型表面涂刷醇基快干氧化鎂涂料。為了細(xì)化晶粒和提高表面質(zhì)量，澆注溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在1430～1460℃。
3.3熱處理工藝
熱處理是材質(zhì)獲得最佳性能的保證，生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格按工藝（見(jiàn)圖1）執(zhí)行。
3.4檢驗(yàn)
錘頭不得有任何影響其性能的鑄造缺陷．如：縮孔、縮松、內(nèi)外裂紋等。出廠前必須進(jìn)行逐件超聲波探傷加以保證。
4、推廣應(yīng)用
此材質(zhì)錘頭目前已廣泛用于冀東、耀縣、新疆、魯南等全國(guó)各大水泥廠，并為本廠及大型破碎機(jī)生產(chǎn)廠家配套生產(chǎn)。隨著近幾年的不斷探索、研究，現(xiàn)已推廣應(yīng)用到70～125 kg級(jí)，取得了一定的經(jīng)濟(jì)益。
三門(mén)峽富通新能源銷(xiāo)售破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)等礦山機(jī)械設(shè)備。
