堆焊耐磨钢板的性能特点及应用领域
2020-1-11 9:45:25 点击：
1 前 言
磨损是工业领域和日常生活中普遍存在的现象。 金属材料的磨损大多从表面开始，反复更换造成巨大的材料浪费和经济损失。据资料统计，我国每年因磨损消耗的金属材料已达300万t以上，因此材料表面保护具有重要的工程应用价值。煤炭、水泥、采矿等行业的设备工作环境十分恶劣，每年零部件由于磨损、断裂、腐蚀等失效而造成的浪费居于各行业前列，其中磨损占到一半以上。
利用药芯焊丝明弧堆焊技术，以普通低碳钢板为母材制备高铬耐磨复合板对工件进行表面保护，作为耐磨材料，此耐磨板具有良好的使用性能和经济适用性。
2 高铬耐磨复合板特点
（1） 良好的耐磨、耐冲击性。高铬耐磨复合板组织为奥氏体基体+初生M7C3型碳化铬组织，基体具有良好的韧性以支撑强化相组织，防止其在磨损过程中由于颗粒的切削作用而发生脱落，可有效地减轻易损件表面的磨损。在制备药芯焊丝的过程中通过控制碳元素含量和铬/碳的比值，使显微杆状增强相组织沿垂直于堆焊层表面的方向生长，这种分布及位向使得硬质相与基体组织的相互作用加强。以堆焊板表面作为耐磨面，进一步提高堆焊合金层的韧性和耐磨、耐冲击性能。
（2）耐热性较好。作为高铬合金的耐磨层，本身就可抵抗600～700℃的高温，在合金粉末中加入钼、钨等成分，可以承受900℃高温物料的磨损，从而防止堆焊层组织在服役过程中发生相变，避免引起耐磨性降低。
（3）结合强度高。堆焊层与母材之间形成良好的冶金结合，界面处无氧化物夹杂、孔洞、疏松等缺陷，避免了耐磨层在应力及磨粒磨损作用下发生剥落和脱落。在堆焊过程中，通过调整堆焊合金组分和堆焊工艺参数等措施使堆焊层呈龟裂状态，细丝状裂纹均匀分布，但不会延伸到基体内部。这种裂纹起到释放应力的作用，保证了堆焊层与基板结合良好，降低堆焊合金断裂脱落的可能性，使复合板便于加工成型，并有助于吸收中度的冲击力。
（4）良好的加工性能。复合钢板可以通过切割、调平、打孔、弯曲、卷板和焊接等工序，制成平板、弧板、圆筒、锥筒等工程结构零部件。由于表面存在应力释放裂纹，一般进行凹面成形时，向内的压力使得应力纹被压紧封闭，制成各种零部件，不会发生堆焊层的脱落现象；若进行凸面成形，折弯半径过小导致应力裂纹开裂使基板暴露出来，可利用专用耐磨焊条进行修补。机加工后的高铬耐磨复合板安装工艺简单，可以采用塞焊或螺栓连接的方式，安装固定在设备上作为耐磨层，更换检修方便。
（5）性价比高。高铬耐磨复合钢板因材料和制备工艺等原因，其价格高于普通钢板，但使用寿命的大幅提高使得设备停机检修时间和维修费用大为减少。有资料显示，复合钢板的性价比比普通钢板高约2～4倍[2]。物料处理量越大，设备磨损越严重的企业，使用复合钢板的经济效果越显著。
3 高铬耐磨复合板应用领域
目前耐磨复合钢板主要应用在冶金、煤炭、建材、 化工、发电等工业的选矿、洗煤、破碎、输送、筛分等设备中。通过几年来在冶金行业的选矿、烧结、焦化，煤炭行业的选煤，建材行业的制砖、水泥等领域的推广应用，均取得较好的效果。耐磨复合钢板在大面积严重磨损的工况下，使用效果是其他抗磨材料难以相比的，是首选的耐磨材料，值得推广。
3.1 水泥行业
水泥厂立磨工作时，物料经过入料溜槽进入磨机内，借助磨辊和磨盘的辊压和碾磨被粉碎；粉碎后的细粉溢出磨盘，被从磨机底部通过导风环吹入的60～70m/s以上的上升热气流烘干，并带入选粉机进行粒度筛选；合格的细粉排出磨外，不合格的粉末仍回到磨盘上进行再粉磨直至粉磨合格。由此可知，立磨零部件受到块状的磨粒磨损和高速气流携带的粉末颗粒的冲刷磨损，工况条件极其恶劣，若不采用耐磨材料，多数零部件的使用寿命仅仅几个月，甚至更短。典型的易损零部件有入料溜槽衬板、磨壳衬板、磨体护板、导风锥衬板（或称护板）、磨辊护套（或称保护环）、选粉机导向叶片、回料锥形斗、拉杆护罩、 刮料板及抗扭装置保护板、出口风管等。采用碳化铬堆焊复合钢板制作上述易损零部件，提高其使用寿命，获得了显著的技术和经济效果，使用寿命普遍提高3～5倍。如选粉机导向叶片可使用2～3年（矿渣立磨），导风锥衬板和磨体护板（原料立磨）可使用2～3年，磨辊护套可使用1.5～2年，回料锥形斗可使用3年以上。可为国内水泥企业节约大量生产成本，取得更大的经济效益。
另外水泥行业的风机叶片、管道、输料槽内衬、挡料圈以及破碎机零件、辊压机侧挡板等都是高磨损部件，采用高铬耐磨复合板作为耐磨层，可显著延长设备使用寿命，增加企业经济效益。
3.2 煤化工行业
焦化厂振动筛焦机的筛网因筛焦量大，磨损极为严重，是焦化行业典型的易损件。更换一次筛网约需花费一天的时间，极大的影响了生产进度。采用耐磨复合钢板制造筛网，连续使用6～7个月以上，筛分焦炭25万t，表面5mm厚的耐磨层仍磨损较轻，可继续使用，寿命提高10倍以上。焦化厂给料机入料口与衬板也是磨损严重的易损件，是长期未解决的生产难题。采用耐磨复合钢板制造的入口和衬板使用1年多，入料口一次也没有维修更换，衬板耐磨层表面磨损甚微，初步估算，使用寿命均可提高8～10倍以上。
3.3 选煤行业
选煤系统中弯头、三通等管道附件、介质管道、介质分流箱、泵体、筛板、落煤溜槽、旋流器溢流管、入料保护箱等设备都是承受中、强冲击磨损和磨粒磨损的设备。利用高铬耐磨复合板制备耐磨管/管件或在溜槽内部铺设复合板作为耐磨层，可显著提高设备的耐磨性，延长其使用寿命，应用良好。将加工好的高铬耐磨复合板利用塞焊或螺栓连接的方法焊接在易磨损管道的内部，即制成具有良好耐磨耐冲击性能的耐磨管，也可直接下料制成耐磨零部件安装，如直接切割下料制作成耐磨弯头，提高设备耐磨性。
3.4 燃煤发电厂
利用高铬耐磨板制备电厂煤粉灰输送管道、中速磨煤机部件、破碎机部件、一次风机叶片、磨煤机入口风箱、选粉机进料斗、导向叶片、缓冲板、空气处理系统、运输机等设备，可减少工件检修更换次数，降低工人劳动强度，延长工件使用寿命，提高企业经济效益。
3.5 采矿行业
采矿工业中的挖掘机的铲斗内衬、卡车货槽衬板、料斗衬板、输料槽内衬、破碎机部件、盖板等均受到矿石的磨粒磨损，工作环境恶劣，需经常更换，是企业一项极大的生产投资资金。 尤其是挖掘机斗齿，由于瞬间接触应力很高，产生冲击凿削式磨料磨损，其磨损机理为高冲击滑动磨料磨损。使用高铬耐磨复合板作为耐磨保护材料，可有效起到耐磨保护作用，节省设备维修更换时间，节约成本，延长机械使用寿命，进而创造更多的经济效益。
4 结 语
水泥、煤炭、采矿、电力、煤化工等行业的设备其磨损严重，不但造成了巨大的经济损失，而且部件的频繁更换严重影响和制约了生产。高铬耐磨复合板具有良好的耐磨耐冲击性，应用在上述工业行业的设备中，可有效延长设备使用寿命，避免反复更换维修影响生产进度，为企业减少设备投资，并带来良好的经济效益。
磨损是工业领域和日常生活中普遍存在的现象。 金属材料的磨损大多从表面开始，反复更换造成巨大的材料浪费和经济损失。据资料统计，我国每年因磨损消耗的金属材料已达300万t以上，因此材料表面保护具有重要的工程应用价值。煤炭、水泥、采矿等行业的设备工作环境十分恶劣，每年零部件由于磨损、断裂、腐蚀等失效而造成的浪费居于各行业前列，其中磨损占到一半以上。
利用药芯焊丝明弧堆焊技术，以普通低碳钢板为母材制备高铬耐磨复合板对工件进行表面保护，作为耐磨材料，此耐磨板具有良好的使用性能和经济适用性。
2 高铬耐磨复合板特点
（1） 良好的耐磨、耐冲击性。高铬耐磨复合板组织为奥氏体基体+初生M7C3型碳化铬组织，基体具有良好的韧性以支撑强化相组织，防止其在磨损过程中由于颗粒的切削作用而发生脱落，可有效地减轻易损件表面的磨损。在制备药芯焊丝的过程中通过控制碳元素含量和铬/碳的比值，使显微杆状增强相组织沿垂直于堆焊层表面的方向生长，这种分布及位向使得硬质相与基体组织的相互作用加强。以堆焊板表面作为耐磨面，进一步提高堆焊合金层的韧性和耐磨、耐冲击性能。
（2）耐热性较好。作为高铬合金的耐磨层，本身就可抵抗600～700℃的高温，在合金粉末中加入钼、钨等成分，可以承受900℃高温物料的磨损，从而防止堆焊层组织在服役过程中发生相变，避免引起耐磨性降低。
（3）结合强度高。堆焊层与母材之间形成良好的冶金结合，界面处无氧化物夹杂、孔洞、疏松等缺陷，避免了耐磨层在应力及磨粒磨损作用下发生剥落和脱落。在堆焊过程中，通过调整堆焊合金组分和堆焊工艺参数等措施使堆焊层呈龟裂状态，细丝状裂纹均匀分布，但不会延伸到基体内部。这种裂纹起到释放应力的作用，保证了堆焊层与基板结合良好，降低堆焊合金断裂脱落的可能性，使复合板便于加工成型，并有助于吸收中度的冲击力。
（4）良好的加工性能。复合钢板可以通过切割、调平、打孔、弯曲、卷板和焊接等工序，制成平板、弧板、圆筒、锥筒等工程结构零部件。由于表面存在应力释放裂纹，一般进行凹面成形时，向内的压力使得应力纹被压紧封闭，制成各种零部件，不会发生堆焊层的脱落现象；若进行凸面成形，折弯半径过小导致应力裂纹开裂使基板暴露出来，可利用专用耐磨焊条进行修补。机加工后的高铬耐磨复合板安装工艺简单，可以采用塞焊或螺栓连接的方式，安装固定在设备上作为耐磨层，更换检修方便。
（5）性价比高。高铬耐磨复合钢板因材料和制备工艺等原因，其价格高于普通钢板，但使用寿命的大幅提高使得设备停机检修时间和维修费用大为减少。有资料显示，复合钢板的性价比比普通钢板高约2～4倍[2]。物料处理量越大，设备磨损越严重的企业，使用复合钢板的经济效果越显著。
3 高铬耐磨复合板应用领域
目前耐磨复合钢板主要应用在冶金、煤炭、建材、 化工、发电等工业的选矿、洗煤、破碎、输送、筛分等设备中。通过几年来在冶金行业的选矿、烧结、焦化，煤炭行业的选煤，建材行业的制砖、水泥等领域的推广应用，均取得较好的效果。耐磨复合钢板在大面积严重磨损的工况下，使用效果是其他抗磨材料难以相比的，是首选的耐磨材料，值得推广。
3.1 水泥行业
水泥厂立磨工作时，物料经过入料溜槽进入磨机内，借助磨辊和磨盘的辊压和碾磨被粉碎；粉碎后的细粉溢出磨盘，被从磨机底部通过导风环吹入的60～70m/s以上的上升热气流烘干，并带入选粉机进行粒度筛选；合格的细粉排出磨外，不合格的粉末仍回到磨盘上进行再粉磨直至粉磨合格。由此可知，立磨零部件受到块状的磨粒磨损和高速气流携带的粉末颗粒的冲刷磨损，工况条件极其恶劣，若不采用耐磨材料，多数零部件的使用寿命仅仅几个月，甚至更短。典型的易损零部件有入料溜槽衬板、磨壳衬板、磨体护板、导风锥衬板（或称护板）、磨辊护套（或称保护环）、选粉机导向叶片、回料锥形斗、拉杆护罩、 刮料板及抗扭装置保护板、出口风管等。采用碳化铬堆焊复合钢板制作上述易损零部件，提高其使用寿命，获得了显著的技术和经济效果，使用寿命普遍提高3～5倍。如选粉机导向叶片可使用2～3年（矿渣立磨），导风锥衬板和磨体护板（原料立磨）可使用2～3年，磨辊护套可使用1.5～2年，回料锥形斗可使用3年以上。可为国内水泥企业节约大量生产成本，取得更大的经济效益。
另外水泥行业的风机叶片、管道、输料槽内衬、挡料圈以及破碎机零件、辊压机侧挡板等都是高磨损部件，采用高铬耐磨复合板作为耐磨层，可显著延长设备使用寿命，增加企业经济效益。
3.2 煤化工行业
焦化厂振动筛焦机的筛网因筛焦量大，磨损极为严重，是焦化行业典型的易损件。更换一次筛网约需花费一天的时间，极大的影响了生产进度。采用耐磨复合钢板制造筛网，连续使用6～7个月以上，筛分焦炭25万t，表面5mm厚的耐磨层仍磨损较轻，可继续使用，寿命提高10倍以上。焦化厂给料机入料口与衬板也是磨损严重的易损件，是长期未解决的生产难题。采用耐磨复合钢板制造的入口和衬板使用1年多，入料口一次也没有维修更换，衬板耐磨层表面磨损甚微，初步估算，使用寿命均可提高8～10倍以上。
3.3 选煤行业
选煤系统中弯头、三通等管道附件、介质管道、介质分流箱、泵体、筛板、落煤溜槽、旋流器溢流管、入料保护箱等设备都是承受中、强冲击磨损和磨粒磨损的设备。利用高铬耐磨复合板制备耐磨管/管件或在溜槽内部铺设复合板作为耐磨层，可显著提高设备的耐磨性，延长其使用寿命，应用良好。将加工好的高铬耐磨复合板利用塞焊或螺栓连接的方法焊接在易磨损管道的内部，即制成具有良好耐磨耐冲击性能的耐磨管，也可直接下料制成耐磨零部件安装，如直接切割下料制作成耐磨弯头，提高设备耐磨性。
3.4 燃煤发电厂
利用高铬耐磨板制备电厂煤粉灰输送管道、中速磨煤机部件、破碎机部件、一次风机叶片、磨煤机入口风箱、选粉机进料斗、导向叶片、缓冲板、空气处理系统、运输机等设备，可减少工件检修更换次数，降低工人劳动强度，延长工件使用寿命，提高企业经济效益。
3.5 采矿行业
采矿工业中的挖掘机的铲斗内衬、卡车货槽衬板、料斗衬板、输料槽内衬、破碎机部件、盖板等均受到矿石的磨粒磨损，工作环境恶劣，需经常更换，是企业一项极大的生产投资资金。 尤其是挖掘机斗齿，由于瞬间接触应力很高，产生冲击凿削式磨料磨损，其磨损机理为高冲击滑动磨料磨损。使用高铬耐磨复合板作为耐磨保护材料，可有效起到耐磨保护作用，节省设备维修更换时间，节约成本，延长机械使用寿命，进而创造更多的经济效益。
4 结 语
水泥、煤炭、采矿、电力、煤化工等行业的设备其磨损严重，不但造成了巨大的经济损失，而且部件的频繁更换严重影响和制约了生产。高铬耐磨复合板具有良好的耐磨耐冲击性，应用在上述工业行业的设备中，可有效延长设备使用寿命，避免反复更换维修影响生产进度，为企业减少设备投资，并带来良好的经济效益。
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