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高铬耐磨铸件中ZFQ-A 型高分子类油聚合物水基淬火介质应用
洛阳金润宝科技公司在聚合物水溶液淬火介质和类油聚合物水溶液淬火介质方面的开创性研究(以三项利为代表)及其生产应用为当前“坚决打好污染防治攻坚战”在热处理行业代替污染严重的淬火油提供了技术及产品支持。
本文对ZFQ-A型高分子类油聚合物水基淬火介质在高铬耐磨铸件中的应用，进行比较详细介绍，希望引起大家的关心和兴趣。
耐磨合金铸铁，主要在剧烈的摩擦磨损条件下使用。这里重点介绍干摩条件下工作的，像磨球，衬板，磨辊辊套等铸件，要求有高的均匀的硬度，摩擦系数要大，这类铸铁叫耐磨铸铁。本文着重介绍，铬系耐磨合金铸铁。
在铬含量为12%~28%的合金铸铁中，能形成Cr7C3，和Cr23C6合金碳化物，而其中Cr7C3具有高硬度，其硬度在Hv1400~1800。这样高的硬度足以抵抗石英（Hv900~1280）的磨损。为使获得的部碳化物为Cr7C3共晶碳化物，高铬合金的铬碳比应为4~8。随铬含量增高，共晶碳量不断下降，在含铬量等于13%时，共晶碳量减至3.6%。提高碳含量能增加碳化物数量，他比提高铬含量，增加共晶碳化物数量更有。铬含量般控制在14%~28%，而碳量则根据耐磨件应力来选择，在低应力下采用上限为3.2%~3.6%，中应力下为2.8%~3.2%，高应力下为2.4%~2.8%。单纯高铬铸铁的淬透性较差。若为提高其淬透性，般可加入钼，锰，铜，镍，等元素。钼锰或钼铜同时加入可有提高淬透性。含锰量太高，则剧烈降低Ms点，使残余奥氏体量增加。硅可降低淬透性，故般控制在0.8%以下。
高铬铸铁中加入钒、钛、稀土金属，可以细化共晶组织和碳化物。高铬铸铁中的Cr7C3碳化物不以网状出现，其韧性比般白口铸铁好。
2.1，高铬耐磨铸件常用号
燃煤电厂碎煤机耐磨件技术条件，DL/T1604-2016规定：碎煤机环锤，锤头等选用，BTMCr12，BTMCr15，BTMCr20，和BTMCr26。这四个号的金相组织为：碳化物+回火马氏体+残余奥氏体，或碳化物+奥氏体及其转变产物。
燃煤电厂磨煤机耐磨件技术条件DL/T681-2012，规定：铸造磨球的号是，ZQCr26，ZQCr20，ZQCr 15，ZQCr 12，ZQCr8，ZQCr 5和ZQCr2。球磨机衬板的号是BTMCr12，BTMCr15，BTMCr20和BTMCr26。中速磨煤机磨辊、辊套、磨盘、衬板的号是，BTMCr15，BTMCr20和BTMCr26。以上各个号的化学成分，金相组织和使用性等。
2.1.1高铬耐磨材料在磨球上的应用
表1铸造磨球的化学成分（质量分析）
|
名称 |
号 |
化学成分 |
||||||||
|
C |
Si |
Mn |
Cr |
Mo |
Cu |
Ni |
P |
s |
||
|
高铬铸铁磨球Ⅰ |
ZQCr26 |
2.0~3.3 |
≤ 1.2 |
0.3~1.5 |
>23.0~30.0 |
0~3.0 |
0~1.2 |
0~1.5 |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
高铬铸铁磨球Ⅱ |
ZQCr20 |
2.0~3.3 |
≤ 1.2 |
0.3~1.5 |
>18.0~23.0 |
0~3.0 |
0~1.2 |
0~1.5 |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
高铬铸铁磨球Ⅲ |
ZQCr15 |
2.0~3.3 |
≤ 1.2 |
0.3~1.5 |
>14.0~18.0 |
0~3.0 |
0~1.2 |
0~1.5 |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
高铬铸铁磨球Ⅳ |
ZQCr12A |
2.0~3.3 |
≤ 1.2 |
0.3~1.5 |
>10.0~14.0 |
0~3.0 |
0~1.2 |
0~1.5 |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
高铬铸铁磨球Ⅴ |
ZQCr12B |
2.0~3.3 |
≤ 1.5 |
0.3~1.5 |
>10.0~14.0 |
0~1.0 |
0~0.8 |
-- |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
中铬铸铁磨球Ⅰ |
ZQCr8 |
2.1~3.3 |
1.5~2.2 |
0.3~1.5 |
7.0~10.0 |
0~1.0 |
0~0.8 |
-- |
≤ 0.10 |
≤ 0.06 |
|
中铬铸铁磨球Ⅱ |
ZQCr5 |
2.1~3.3 |
≤ 1.5 |
0.3~1.5 |
4.0~6.0 |
0~1.0 |
0~0.8 |
-- |
≤ 0.10 |
≤ 0.10 |
|
低铬铸铁磨球 |
ZQCr2 |
2.1~3.6 |
≤ 1.5 |
0.3~1.5 |
1.0~3.0 |
0~1.0 |
0~0.8 |
-- |
≤ 0.10 |
≤ 0.10 |
|
名称 |
号 |
表面硬度 HRC |
磨球冲击疲劳 寿命/次数 |
|
|
淬火态并回火处理 |
铸态并去应力处理 |
|||
|
高铬铸铁磨球Ⅰ |
ZQCr26 |
≥58 |
-- |
≥8000 |
|
高铬铸铁磨球Ⅱ |
ZQCr20 |
≥58 |
-- |
≥8000 |
|
高铬铸铁磨球Ⅲ |
ZQCr15 |
≥58 |
-- |
≥8000 |
|
高铬铸铁磨球Ⅳ |
ZQCr12A |
≥58 |
-- |
≥8000 |
|
高铬铸铁磨球Ⅴ |
ZQCr12B |
-- |
≥49 |
≥8000 |
|
中铬铸铁磨球Ⅰ |
ZQCr8 |
-- |
≥48 |
≥8000 |
|
中铬铸铁磨球Ⅱ |
ZQCr5 |
-- |
≥47 |
≥8000 |
|
低铬铸铁磨球 |
ZQCr2 |
-- |
≥45 |
≥8000 |
2.1.2高铬耐磨材料在衬板上的应用
高铬白口铸铁衬板以其高硬度、高强度和高耐磨性而著称，在外已被广泛使用，在制作水泥工业球磨机衬板中，般寿命在5a以上。近年来，内在这方面也取得了很大的发展，据资料介绍，内制造的高铬白口铸铁沟槽衬板成功应用于Φ3m×9m大型磨机上，已连续运转6a以上。目前，高铬白口铸铁衬板在水泥工业球磨机上，从Φ2.2m、Φ2.4m、Φ3m中小型磨机到Φ3.8m、Φ4.2m、Φ5m、Φ5.4m大型和大型磨机都实现了安生产，取得了较好经济和社会益。别是用于Φ5.4×15.5m大型磨机衬板，可完替代进口产品。
高铬白口铸铁衬板制造和使用中应注意以下问题：
1）高铬白口铸铁衬板的失形式主要是断裂和磨损，断裂失常使高铬白口铸铁衬板的生产和推广应用受到很大影响。其中，铸造缺陷，如疏松，缩孔，气孔，夹杂等是造成断裂的主要原因。因此，衬板制备过程中不允许有超标的铸造缺陷存在。
2）衬板应小而厚，单螺栓孔为宜，对大而薄或双螺栓孔衬板的生产和使用应别注意。
3）高铬衬板在安装时，凡有螺栓孔的衬板，螺栓固定要紧实牢固。安装面与筒体面应为面接触， 好选用橡胶垫做垫层，严禁无任何铺垫而直接安装和使用高铬衬板。安装完毕进行试运转时，磨机内必须填充定量的物料方可运行，严禁空磨运转。
4）目前内为了降低成本，开发了无钼镍高铬合金铸铁衬板，其热处理工艺应视铸件壁厚、结构、装炉量及四季温度变化情况而定。
5）衬板在铸态开箱、清理打磨、热处理装筐等搬运中应轻拿轻放，防止碰撞，防止铸态裂纹的产生。高铬白口铸铁衬板的含碳量的选择，应考虑到它的使用工况。高铬合金白口铸铁般是指铬质量分数在12%~28%，碳质量分数在2.4%~3.6%的合金白口铸铁。它的*点是高硬度的Cr7C3型共晶碳化物，呈菊花状弥散分布于马氏体基础上，减少了对基体的割裂作用。因此，高铬白口铸铁衬板具有强度和硬度高，韧性和耐磨性好等点。目前内外大量应用于大型水泥磨机上，般使用寿命，（仓）达到6~8a，二、三仓达到12a以上，表现出了良好的耐磨性。
但是实际使用中发现，当碳含量选择不合理时，高铬白口铸铁衬板易出现断裂现象，别在些大型磨机上尤为明显。通常，对冲击载荷较大的工况般采用低碳高铬白口铸铁衬板；对冲击载荷较小的工况采用高碳高铬白口铸铁衬板，以便充分发挥材料的耐磨性能。如ω(C)=2.40%~2.65%的Cr15衬板可用于Φ4.2m以下磨机（仓）；ω(C)=2.65%~2.85%的Cr20、Cr26衬板可用于Φ4.2以上磨机；磨前有预粉系统，如“辊压机+水泥磨”，平均球径≤60mm，碳含量再高些，可保证仓使用寿命达到8~10a，二、三仓使用寿命更长。磨头衬板可选用中（低）碳高铬白口铸铁；出料蓖板可选用中、高碳高铬白口铸铁；分块组合成的隔仓板可选用低碳高铬白口铸铁。
2.2高铬耐磨铸件的热处理工艺
过去在行业里，高铬耐磨铸件（以下简称铸件）普遍采用粗放式的空冷、风冷或者风雾冷的方式实现淬火。然而，传统的工艺存在铸件迎风面和背风面的冷却不均匀问题，导致硬度分散性大，甚至出现硬度不足，降低铸件使用寿命。对于厚大铸件只能采用冷却速度更快的淬火油进行淬火，但使用淬火油产生烟气的污染和存在火灾隐患。当前生产厂家都不再用淬火油淬火。
曾经有人提出利用水和空气作为淬火介质，对直径80mm的Fe-2.4C-12Cr，高铬铸球进行多次循环淬火-分配-回火工艺（MQ-P-T）处理，并与常规的空冷和油淬处理的高铬铸球进行对比，获得了较高的综合力学性能。但这种方法对于复杂形状厚薄不匀的铸件，生产中操作起来很困难，暂时不宜推广。目前在行业中，正在按照我们提出的三槽理论，采用金润宝类油聚合物水基淬火介质代替淬火油，实现铸件的绿色环保热处理！
(类油聚合物水基淬火介质代替淬火油的理论依据）
3.1、ZFQ-A型高分子类油聚合物水基淬火介质的性能
本产品为种高分子类油聚合物水基淬火介质，无色至淡黄色透明粘稠液体，PH与自来水相同。使用时无毒，不燃烧，无烟雾，无火灾危险，无污染，不老化，使用寿命长等点，使用时只需补充原液，无需整槽更换。
3.2、使用范围
适用于厚大件高铬铸铁（Cr15 Cr20 Cr26 Cr28等各号高铬铸铁），冷、热双金属复合高铬铸铁锤头，反击破中大型板锤，立磨上用高铬铸铁辊套等各种高铬铸铁工件；高铬钢，高、中、低铬合金铸铁，高、中、低合金钢，高速钢、合金工具钢、模具钢，合金球铁，高铬钢球的淬火。
原液与自来水的配比比例为1:6~1:15之间，本淬火介质无逆溶性，工件淬火后得到的硬度不受此淬火介质水溶液温度的影响，在工件淬火前不需要把淬火液预热可直接淬火。
淬高铬钢球，原液与自来水配比为1:8~1:15即可。在淬厚大件高铬铸铁工件时，工件重量与淬火剂所配制的水溶液重量之比冬季1:1.5~1:2.5之间，夏季1:1.5~1:3之间。1吨A型系列母液与自来水混合配制成水溶液，可次性淬入高铬铸铁件重量为2.5~5吨之间。
淬厚大件高铬铸铁件适宜的ZFQ-A型淬火介质的浓度：原液与水配比1:6，其 大冷却速度，15℃/s~20℃/s之间， 大冷却速度所在的温度在780℃~830℃之间，在300℃的冷却速度小于6.5℃/s，在300℃到200℃马氏体转变温度区域内所用时间大于20秒(s)，（采用冷却介质测定仪测定，测定溶液温度30℃。）。
本产品适用性广，淬透性强，硬度高，并且均匀，不淬裂，使用量少，可减少贵金属的加入量，降低原材料的生产成本。
因此，ZFQ-A型淬火介质淬火比采用风冷加雾冷淬火的设备简单，操作方便，使用可靠，产品质量高，在铸件化学成分配置合理，热处理工艺参数正确的情况下，可以使冲击值提高，碳化物呈弥散分布且使用中不易剥落，甚至使高铬铸铁工件的耐磨性提高30%-50%或更高。别是淬厚大件高铬铸铁有其优势，不淬裂，淬透性强，硬度高且均匀。
3.3、ZFQ-A型淬火介质与油、水、风冷+雾冷的冷却性对比见表3（类油聚合物水基淬火介质代替淬火油的理论依据）
由表3可见，ZFQ-A型淬火介质在300℃时的冷却速度在6.4℃/s至13℃/s，正好处于普通淬火油6.5℃/s和快速淬火油16.4℃/s之间。而它们的 大冷速在17.1℃/s至19.8℃/s。都小于普通淬火的83.5℃/s和快速淬火油的114.3℃/s。这些数据充分显示了它们的类油性！
这就提供了类油聚合物介质代替淬火油的可能性！在类油聚合物淬火介质的研究上，我们正接近际水平！
表3、ZFQ-A型淬火介质和油、水、风冷+雾冷的冷却性
|
不同与水配比 ZFQ-A 型淬火介质和油、水、风冷+雾冷的冷却性对比 |
|||||||||||
|
淬火介质 |
介质温度（℃） |
性温度 ①（℃） |
性时间 （S） |
大冷速 所在温度 （℃） |
大冷速 （℃/S） |
300℃时 冷速（℃ /S） |
到 600℃ 时间（S） |
到 400℃ 时间（S） |
到 300℃ 时间（S） |
到 200℃ 时间（S） |
|
|
水 |
|
30 |
688 |
1.62 |
545 |
203 |
111.5 |
2.1 |
3.2 |
3.9 |
5.1 |
|
快速淬火油 |
|
30 |
733 |
4.2 |
626 |
114.3 |
16.4 |
5.5 |
8 |
11.4 |
27.3 |
|
普通淬火油 |
|
|
|
|
545 |
83.5 |
6.5 |
|
|
|
|
|
风冷 |
|
25 |
850 |
0.12 |
836 |
9.1 |
2.2 |
35 |
81.5 |
119.7 |
|
|
ZFQ-A 型水 基淬火介质 |
1:6 |
31 |
844 |
0.38 |
828 |
19.3 |
6.4 |
15.1 |
32.5 |
46.1 |
66.4 |
|
1:7 |
32 |
840 |
1.42 |
797 |
17.1 |
9.3 |
17.3 |
35.2 |
47.2 |
66.2 |
|
|
1:8 |
32 |
843 |
0.74 |
807 |
19.3 |
8.9 |
14.7 |
30.2 |
40.8 |
57.2 |
|
|
1:9 |
33 |
837 |
1.33 |
800 |
17.4 |
9.0 |
16.4 |
33.2 |
43.6 |
59.5 |
|
|
1:10 |
33 |
839 |
1.05 |
794 |
17.1 |
10.7 |
16.5 |
33.8 |
45.1 |
59.2 |
|
|
1:11 |
34 |
848 |
0.07 |
827 |
18.7 |
10.9 |
15.3 |
31.7 |
42.3 |
54.3 |
|
|
1:12 |
33 |
839 |
1.01 |
794 |
17.4 |
10.5 |
16.2 |
33.1 |
43.2 |
56.0 |
|
|
1:13 |
33 |
847 |
0.07 |
828 |
18.3 |
11.5 |
15.4 |
32.8 |
42.9 |
56.1 |
|
|
1:14 |
36 |
846 |
0.38 |
812 |
19.8 |
12.5 |
14.2 |
29.5 |
37.8 |
47.5 |
|
|
1:15 |
34 |
840 |
0.80 |
795 |
17.4 |
11.5 |
16.2 |
33.2 |
42.6 |
53.8 |
|
|
1:26 |
34 |
839 |
1.04 |
787 |
17.2 |
13.0 |
16.4 |
33.1 |
42.0 |
51.9 |
|
注：性温度是指稳定的蒸汽膜发生破裂的温度，也是沸腾冷却阶段开始的温度。
淬厚大件高铬铸铁件辊套适宜的ZFQ-A水基淬火介质的浓度：与水配比1:6-1:7之间，其 大冷却速度为15℃/s~20℃/s， 大冷速度所在的温度在770℃~820℃之间，在300℃的冷却速度小于7℃/s，在300℃-200℃马氏体转变温度所用的时间大于20秒(s（)采用冷却介质测定仪测定，测定溶液温度30℃ISO9950标准）。
5.1本公司对ZFQ-A型高分子类油聚合物水基淬火介质的冷却性进行了长期深入研究。对十种配比的淬火介质和清水、快速淬火油、普通淬火油以及风冷的冷却性进行了测定（ISO9950）,工作量十分庞大。测定结果表明：ZFQ-A型系列水基淬火介质在300℃时的冷速在6.4℃/s~13℃/s，正好处于普通淬火油6.5℃/s和快速淬火油16.4℃/s。而它们的 大冷速在17.1℃/s~19.8℃/s，都小于普通淬火油的83.5℃/s和快速淬火油的114.3℃/s。这些数据都充分显示了它们的类油性。这就提供了类油聚合物水基淬火介质代替淬火油的可能性！而多年来的生产实践也证明类油聚合物淬火介质代替淬火油是完成功的，已获得了用户的广泛认可。
5.2、ZFQ-A型类油聚合物水基淬火介质成功地应用于高铬耐磨铸件的热处理，比过去的空冷工和油淬工艺质量更可靠，而且没有任何污染。
5.3、金润宝科技公司在聚合物水溶液淬火介质和类油聚合物水溶液淬火介质方面的开创性研究及其生产应用为当前“坚决打好污染防治攻坚战”，在热处理行业代替污染严重的淬火油提供了技术及产品支持。
