礦石破碎、研磨和礦粉輸送過程中，需要消耗大量的耐磨材料。目前破碎機鄂板和球磨機襯板主要采用高錳鋼制造，球磨機磨球主要使用鍛鋼球和低鉻鑄鐵球，少數使用高鉻鑄鐵球，輸送礦粉的管道主要采用普通鋼管。高錳鋼是一種強韌性，并且有優良形變硬化能力的鋼種，在三向擠壓狀態下高錳鋼的加工硬化非常明顯，表面硬度可達910 Hv。但用于球磨機襯板，加工硬化后，500 Hv以上的硬化層深度不足0.2 mm，距表面1.8 mm處的硬度僅為260 Hv，接近高錳鋼襯板的原始硬度240 Hv，見圖1(a)。用于破碎機鄂板，加工硬化也不明顯，見圖1(b)。高錳鋼用于制造襯板和鄂板，加工硬化效果差，使用壽命短。普通鍛鋼球和低鉻鑄鐵球淬透性差，磨球內部硬度低，耐磨性低，球耗高。高鉻鑄鐵球中合金元素含量高，成本高。普通鋼管硬度低，耐磨性差，用于礦粉輸送磨損快，更換頻繁。因此，研制生產工藝簡便、成本低、耐磨性好的材料，以滿足礦石破碎、研磨和礦粉輸送的要求，是礦山行業亟待解決的課題。
1、合金成分設計
貝氏體組織的內應力一般低于馬氏體組織。在外加負荷和相對運動的磨粒磨損過程中，組織中殘余內應力越大，裂紋越易擴展，促使磨損加速。因此在硬度相當時，貝氏體組織耐磨性優于馬氏體組織。因此，為保證有較高的硬度和韌性，應使金屬基體組織以貝氏體為主，其設計合金成分見表1。
2、低合金貝氏體鑄鋼的熔煉和熱處理
2.1低合金貝氏體鑄鋼的熔煉和鑄造
用50 kg中頻感應電爐熔煉低合金貝氏體鑄鋼。用生鐵、A，廢鋼、碳素鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鉬鐵配料，溫度升至1580~1660C，經鋁脫氧后出爐。澆包內預先放置有釩鐵、鈦鐵、硼鐵和稀土，用沖入法對鋼水進行微合金化和變質處理。用干模鑄型澆注Y型試塊，進行性能測試，鋼水澆注溫度1420~ 1480℃。
2.2熱處理工藝研究
為了改善低合金貝氏體鑄鋼的機械性能和耐磨性能，需要進行熱處理。不同冷卻方式對低合金貝氏體鑄鋼硬度的影響見圖2，低合金貝氏體鑄鋼因含有較多提高淬透性的元素，具有良好的淬透性，在空冷條件下可以淬硬。
淬火溫度對低合金貝氏體鑄鋼硬度和沖擊韌性的影響見圖3。溫度低于920℃時，隨著淬火溫度升高，硬度升高，之后隨淬火溫度升高，硬度反而下降，但在860~ 950℃，低合金貝氏體鑄鋼具有很高的淬硬性能。這是因為淬火溫度較低時，溶于高溫奧氏體中的合金元素少，淬火組織中除了出現貝氏體、馬氏體組織外，還有少量珠光體組織出現；淬火溫度過高，溶入高溫奧氏體中的合金元素增多，奧氏體穩定性增強，淬火組織中有部分殘留奧氏體存在，因此硬度反而下降。隨著淬火溫度升高，低合金貝氏體鑄鋼晶粒不斷長大，沖擊韌性下降。
回火溫度對低合金貝氏體鑄鋼硬度和沖擊韌性的影響見圖4，回火溫度低于400℃時，硬度值變化不大，表明這種鋼具有良好的抗回火穩定性。回火溫度高于400℃時，隨著回火溫度升高，硬度降低。回火溫度低于350℃時，隨著回火溫度升高，沖擊韌性提高；超過350℃后，隨著回火溫度升高，沖擊韌性降低，在450℃左右達到最低值；超過450℃，沖擊韌性隨回火溫度升高而增大。
出現上述結果的主要原因是：用較低溫度回火時，在貝氏體／馬氏體復相組織中析出均勻彌散并和基體保持共格關系的s碳化物，降低了貝氏體／馬氏體復相組織的含碳量，從而增加鋼的韌性，另外，鋼在低溫回火時殘余應力的消除也有利于提高鋼的沖擊韌性。當回火溫度升高到350℃時，鋼中s碳化物含量逐漸減少，而殘留奧氏體逐漸分解，同時析出與基體非共格的脆性滲碳體，導致鋼的沖擊韌性值降低。隨后，大量滲碳體從貝氏體／馬氏體復相組織中析出，明顯降低貝氏體／馬氏體含碳量，雖然滲碳體的含量也進一步增加，但是此時鋼中貝氏體／馬氏體的含碳量較低，基體具有很高的韌性，因此回火溫度高于450℃后，鋼的整體韌性開始回升。多元低合金貝氏體鑄鋼回火溫度選擇在330~380℃是較合理的。
3、低合金貝氏體鑄鋼的性能
低合金貝氏體鑄鋼的性能見表2，為便于比較，表2中還列出了高錳鋼、40Mn2鍛鋼球、低鉻鑄鐵球、高鉻鑄鐵球、16Mn鋼的力學性能。低碳低合金貝氏體鑄鋼具有較高的韌性和適宜的硬度，可用于制造球磨機襯板和破碎機鄂板，此外，它還具有較好的焊接性能，也可用于制造礦粉輸送管道。高碳低合金貝氏體鑄鋼具有高硬度和適宜的韌性，特別適宜于制造磨球。在MLD - 10型動載沖擊磨損試驗機上進行了材料磨損試驗，試樣尺寸為10 mm×10 mmx30mm，沖擊功分別為1.0 J和5.0 J，磨料為1—2 mm的精制石英砂，流量為450 ml/min，用相對耐磨性8表示材料耐磨性，p=標樣（正火20#鋼）磨損失重( mg)/試樣磨損失重(mg)。各種材料的沖擊磨損試驗結果見圖5。結果表明，在低沖擊功下，高碳貝氏體鑄鋼和高鉻鑄鐵具有最好的耐磨性，而在高沖擊功下，低碳貝氏體鑄鋼具有最好的耐磨性。這是因為材料承受沖擊磨料磨損時，磨損率由兩部分組成，即w，= We+Wf，其中Wr為切削機制引起的磨損，由式W(.=KP/H知，它主要決定于材料的硬度；而Wf為疲勞機制引起的磨損，式中，為單軸拉伸時的斷裂應變，反映材料的塑性，因此疲勞磨損與材料的硬度和塑性兩個因素有關。在低沖擊功下，材料的磨損以切削為主，以疲勞磨損為輔，高碳貝氏體鑄鋼和高鉻鑄鐵硬度高，所以耐磨性最好。在高沖擊功下，材料的磨損以疲勞為主，以切削為輔，低合金貝氏體鑄鋼具有較優異的綜合力學性能，因此耐磨性最佳。
4、低合金貝氏體鑄鋼在礦山的應用
在實驗室工作的基礎上，在現場進行了低碳貝氏體鑄鋼破碎機鄂板、球磨機襯板和礦粉輸送管道以及高碳貝氏體鑄鋼磨球的工業試驗，使用結果見表3。低合金貝氏體鑄鋼鄂板和襯板使用安全，使用中從未出現斷裂，使用壽命比高錳鋼提高2倍以上，設備運轉率提高3%以上。低合金貝氏體鑄鋼成本為5000~5500元／t，高錳鋼成本為5000元／t，16Mn鋼管道成本為5500元／t，高鉻球成本為7500~ 8000元／t，40Mn2和低鉻球的成本為3500~ 4000元／t，可見在礦山行業推廣應用低合金貝氏體鑄鋼具有很好的效果，可提高設備運轉率，降低礦石破碎和研磨以及礦粉輸送的成本。
5、結 論
(1)以Si、Mn、Cr為主要合金元素，加入適量Mo、V、Ti、B、稀土的多元低合金鑄鋼，空冷后可獲得以貝氏體為主的組織，具有硬度和韌性高、耐磨性好等特點。
(2)空冷貝氏體鑄鋼具有良好的抗回火穩定性，回火溫度高于400℃時，隨著回火溫度升高，硬度降低。回火溫度低于350℃時，隨著回火溫度升高，沖擊韌性提高；超過350℃后，隨著回火溫度升高，沖擊韌性降低，在450℃左右達到最低值。
(3)低合金貝氏體鑄鋼用于制造礦石破碎機的鄂板和研磨礦粉的球磨機襯板，使用壽命比高錳鋼提高1.5~2.5倍，用于生產球磨機磨球，球耗比40Mn2鍛鋼球和低鉻鑄鐵球低50%~80%，與高鉻鑄鐵球相當，用于制造礦粉輸送管道，壽命比16Mn鋼提高3—4倍。低合金空冷貝氏體鑄鋼生產工藝簡單，貴重合金元素加入量少，生產成本低，應用于礦山行業，可明顯提高破磨設備運轉率，降低礦粉加工成本，具有很好的經濟效益。
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