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金润宝 ZFQ-BⅠ型类油聚合物水基淬火介质应用
1、引言
该文对聚合物淬火介质优点，它的冷却机制，它的结构对淬火冷却机理的影响，以及聚合物淬火介质代替淬火油的经济性等做了论述。同时介绍了十余种水溶性聚合物 淬火介质在铸锻件和机器零件热处理中的应用实例，其目的是进步推动聚合物代替淬火油的步伐。
零件重量大到 16.5 吨的模块，小到 M10 螺栓，零件材料从耐磨 高铬铸铁（以 Cr26 为代表）到般合金钢和渗碳钢，工件形状从简 单模块到复杂齿轮，都在聚合物介质淬火中成功地经受住了考验。 它们在淬火后获得了要求的性能和组织，而且没有变形和裂纹。在 上述基础上，作者提出了淬火液三槽理论，即在热处理车间里积 推广清水槽（或无机介质水槽），类油聚合物水槽和 PAG 水槽，取 消淬火油槽，彻底消除烟气污染和火灾。 本文对类油聚合物水基淬火介质在半自磨机合金钢衬板上的应用，做比较详细的介绍，引起大家的关心和兴趣。
2、矿用半自磨机合金钢衬板的材料选择及经典热处理工艺
电力行业标准 DL/T681-2012《燃煤电厂磨煤机耐磨件技术条件》 和 DL/T1604-2016《燃煤电厂碎煤机耐磨件技术条件》对衬板的推 荐钢种有 ZG40CrNiMo，ZG42Cr2Si2MnMo,ZG50Cr5Mo，ZG60CrMoCu， ZG75Cr6Mo，ZG45Cr2Mo 以及 ZG42Cr5Mo 等(其它材料还有抗磨白口 铸铁，因不属于本文讨论范围，在此忽略)。
目前市场上广泛采用的是油淬热处理钢 ZG42Cr2Si2MnMo 和 ZG45Cr2Mo（日本钢种）。
热处理工艺明显影响衬板的力学性能，金润宝科技有限公司同周立刚等人研究了不同热处理条件下 ZG42Cr2Si2MnMoRE 的性能变化规律。衬板经淬火 回火后的化学成分，热处理工艺，力学性能与显微组织，见附件 1 表 1。衬板经正火处理再淬火回火的化学成分，热处理工艺，力学 性能与显微组织，见附件 1 表 2。成分接近时经正火处理再淬火回火可以明显提高合金铸钢衬板的韧性。
附件 1：
表 1 .ZG42Cr2Si2MnMoRE 衬板淬火回火后的化学成分、热处理工 艺、力学性能与显微组织
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产品名称 |
阶梯衬板 |
Φ3.8m 磨机 衬板 |
Φ3*11m 磨机阶梯 衬板 |
Φ3*4.9m 衬板 |
阶梯衬板 |
Φ4.6m 磨机阶梯沟槽 衬板 |
Φ4.2m 磨机 衬板 |
|
|
化学成分（质量分数，%） |
C |
0.44 |
0.41 |
0.44 |
0.43 |
0.40 |
0.40 |
0.41 |
|
Cr |
1.96 |
1.84 |
1.96 |
2.10 |
1.77 |
2.10 |
1.90 |
|
|
Mn |
1.15 |
0.87 |
1.05 |
1.02 |
1.10 |
1.00 |
1.05 |
|
|
Si |
1.67 |
1.63 |
1.53 |
1.65 |
1.55 |
1.80 |
1.58 |
|
|
Mo |
0.31 |
0.32 |
0.35 |
0.58 |
0.28 |
0.17 |
0.20 |
|
|
Re |
适量 |
|||||||
|
S、P |
<0.035 |
|||||||
|
热处理工艺 |
升温速度为 2℃/min，930℃×5h 油淬至 Ms 以下+250℃×10h 回火 |
|||||||
|
力学性能 |
硬度HRC |
56 |
56 |
57 |
56 |
56 |
57.5 |
57 |
|
Akn/ (J/m²) |
54 |
46 |
70 |
84 |
54 |
48 |
53 |
|
|
显微组织 |
回火M+残留奥氏体 |
|||||||
表 2 ZG42Cr2Si2MnMoRE 衬板正火处理再淬火回火后的化学成分、热处理工艺、力学性能与显微组织
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产品名称 |
|
Φ3.2m× 4.9m 磨机 简体衬板 |
Φ3.2m× 4.9m 磨机压条 |
Φ3.2m× 4.9m 磨机简体衬板 |
Φ3.2m× 4.9m 磨机简体衬板 |
Φ3.2m× 4.9m 磨机简体衬板 |
Φ3.2m× 4.9m 磨机格子板 |
|||
|
化学成分（质量分数，%） |
C |
0.44 |
0.41 |
0.44 |
0.43 |
0.40 |
0.40 |
|||
|
Cr |
1.96 |
1.84 |
1.96 |
2.10 |
1.77 |
2.10 |
||||
|
Mn |
1.15 |
0.87 |
1.05 |
1.02 |
1.10 |
1.00 |
||||
|
Si |
1.67 |
1.63 |
1.53 |
1.65 |
1.55 |
1.80 |
||||
|
Mo |
0.31 |
0.32 |
0.35 |
0.58 |
0.28 |
0.17 |
||||
|
Re |
适量 |
|||||||||
|
S、P |
<0.035 |
|||||||||
|
热处理工艺 |
升温速度为 2℃/min，930℃×5h 空冷+升温速度2℃/min，930℃×5h油淬至 Ms 以下，未回火 |
升温速度为 2℃/min，930℃×5h 空冷+升温速度2℃/min，930℃×5h油淬至 Ms 以下。 |
||||||||
|
力学性能 |
硬度HRC |
56 |
56 |
57 |
56 |
56 |
||||
|
Akn/ (J/m²) |
54 |
46 |
70 |
84 |
54 |
|||||
|
显微组织 |
淬火 M+大量残留奥氏体 |
淬火 M+大量残留奥氏体 |
回火 M+少量残留奥氏体 |
回火 M+下B+少量残留奥氏体 |
未回火上B+下B+少量残留奥氏体 |
|||||
值得指出，上述热处理工艺中，衬板淬火介质都采用了淬火油，按照我们的实践经验，今后都律可以用类油聚合物水基淬火介质来代替。
因为类油型聚合物水基淬火剂在 300℃ 的冷却速度和马氏体转变温度区域的 300℃到 200℃ 的所用时间与淬火油接近。况且，在马氏体温度转变区域的冷却速度可以采用液——空交替冷却淬火，人为的增加了从 300℃ 到 200℃ 的冷却时间，从而降低了马氏体转变温度区域的淬火冷却速度，300℃ 到 200℃ 时的冷却所用时间越长，马氏体转变时的淬火应力越小，工件淬火引起的内应力越小越不易淬裂。而用油很难人为的控制其从 300℃ 到 200℃时的冷却速度和冷却时间，因为此温度工件从油里提出时若工件温度超出油的闪点温度会着火，其危险，而用聚合物水基淬火介质能做到这些，不但操作安，而且环保，没有火害隐患。
3、类油聚合物水基淬火介质在大型半自磨机合金钢衬板热处理上的应用
3.1 金润宝 ZFQ-BⅠ类油聚合物水基淬火介质性
金润宝 ZFQ-BⅠ类油聚合物水基淬火介质性如表 1 所示。
表 1、ZFQ-BⅠ类油聚合物水基淬火剂和油、水、风冷的冷却性
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ZFQ-BⅠ型淬火剂与水冷、油冷、风冷冷却性对比 |
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淬火介质 |
介质温度（℃） |
性温度（℃） |
性时间（S） |
大冷却所在温度（℃） |
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-B Ⅰ型水 基淬火 剂与水 比例 |
1:4 |
38 |
590 |
16.2 |
512 |
66.6 |
7.2 |
15.8 |
19.7 |
25.5 |
48.9 |
|
1:5 |
37 |
612 |
13.24 |
538 |
77.6 |
7.2 |
13.5 |
16.7 |
22.7 |
45.2 |
|
|
1:6 |
30 |
721 |
6.18 |
609 |
90.1 |
9.9 |
7.8 |
10.6 |
15.3 |
34.8 |
|
|
1:7 |
30 |
643 |
11.48 |
553 |
78.3 |
9.6 |
12.3 |
15.2 |
19.8 |
39.2 |
|
|
1:8 |
31 |
762 |
3.42 |
626 |
106.5 |
10.3 |
5.2 |
7.8 |
12 |
31.4 |
|
|
1:9 |
30 |
755 |
4.08 |
605 |
108 |
10.8 |
5.8 |
8.3 |
12.8 |
31.9 |
|
|
1:10 |
30 |
765 |
3.52 |
616 |
106.5 |
27 |
5.3 |
7.5 |
9.8 |
23.1 |
|
|
1:11 |
30 |
638 |
11.42 |
538 |
83.5 |
14.1 |
11.9 |
14.7 |
18.2 |
34.6 |
|
|
1:12 |
29 |
729 |
5.37 |
586 |
105.6 |
16.4 |
7.2 |
9.6 |
12.8 |
27.5 |
|
由表 1 可见，ZFQ-BⅠ类油聚合物水基介质与水的配比，从 1:4 至 1:12 共9 个等。 大冷却速度从 66.6℃/S 到 108℃/S，300℃ 冷速从 7.2℃/S 到 27℃/S。而普通淬火油和高速淬火油的 大的冷速为 83.5℃/S 至 114.3℃/S。300℃ 时冷速为 6.5℃/S 至16.4℃/S。由此可见，淬火油的大冷速正好处于 9 个等之内。而淬火油的 300℃ 冷速与 1:4，1:5，1:6，1:7，1:8，1:9 时的 300℃ 冷速比较接近。这就提供了类油聚合物介质代替淬火油的可能性。
3.2，类油聚合物水基淬火介质在半自磨机合金钢衬板上的应用
哈尔滨恒瑞德新材料科技有限公司，为黑龙江省伊春鹿鸣矿业有限公司选矿厂的直径10.97M × 7.16M 半自磨机提供合金钢衬板（材料为ZG45Cr2NiMo）。筒体衬板单件重 2.5 吨，衬板单重 1.7-2.0 吨，痹子板单件重 1.6 吨，过去采用油淬火经常开裂，而且衬板在使用中经常断裂，给用户造成不少损失。从 2015 年 10 月份开始，淬火介质改用 ZFQ-BⅠ类油聚合物淬火介质，使用浓度是 15%，完解决了淬火开裂难题，且衬板在使用中安可靠，耐磨性提高。产品质量得到用户的认可。
3.3，半自磨机合金钢衬板和衬板淬火现场照片
下面是黑龙江伊春鹿鸣钼矿用Φ10.97 米 X7.16 米半自磨机合金钢衬板
值得提下，金润宝公司能提供六种型号（即 ZFQ-A，-BⅠ, -BⅡ，C，D和 E）谱系各种冷却速度淬火介质。它们的 大冷却速度从 15～20℃/S 至350.6℃/S。它们的 300℃ 冷却速度从 6.4～16.6℃/S 至 88.90C/S。其中，ZFQ-A 型高分子类聚合物介质满足厚大件高铬铸铁（Cr15,Cr20,Cr26 及 Cr28）热处理的需要，ZFQ-BⅠ型是内创，已获得利。金润宝公司的产品系列，为三槽理论并取消淬火油槽提供了方位的技术支持。
4、结束语
本文为三槽理论，即在热处理车间推广清水槽（或无机介质水槽），类油聚合物水槽和PAG 水槽，取消淬火油槽，提供了技术支持。对类油聚合物水基淬火介质在合金钢衬板上成功应用给出了案例。洛阳金润宝公司多种型号水溶性聚合物淬火介质在市场上获得越来越多用户的认可。热情欢迎业内家和用户前来本公司考察、洽谈。
