多年来，在建材、冶金、矿山、电力行业中，大型锤式破碎机锤头均采用普通高锰钢材质，锤头重量多在70 kg以下。在使用中，它耐磨性低且易出现断裂，造成设备损坏的事故时有发生。随着我国现代工业的飞速发展，日产2000～4000t水泥生产线陆续上马，20世纪80年代末，我国相继从德国、丹麦等国家引进了大型锤式破碎机设备，与之配套的90kg级以上的锤头，由于国内无成功生产经验而不得不从国外进口。
大型锤式破碎机所配90 kg级以上锤头自身重，受高速循环冲击力大，工况条件十分恶劣，而普通高锰钢无法提供既不断裂又要有良好耐磨性的保证。在这种情况下，我们在对冀东、珠江等水泥厂从德国和丹麦进口的锤头进行了调查，并结合我国资源特点，研制开发了90 kg级超高锰钢(ZGMn18Cr2MoRE)大锤头。
1、成分设计
在高转速、高冲击的恶劣条件下工作的90 kg级大锤头，必须具有较高的冲击韧性、良好的耐磨性及抗断裂能力，同时根据其自身重、断面厚大的特点进行了以下成分设计。
碳(C):碳是钢中影响各项性能的主导元素，为了使钢具有较高的强度、硬度和较好耐磨性的同时，又具有足够的韧性，以保证使用中不断裂，选择a(C)= 0.95%～1.25%。
锰(Mn)：较高的锰碳比是为了在水韧处理后获得全奥氏体组织，当锰在w(Mn)=13%的基础上继续提高，虽然使钢的强度、韧性提高的不太多，但能使厚大断面组织中碳化物析出量减少，对其韧性提高作用较大。为此，钢中同时加入适量的铬，含锰量的提高也可减少铬在铸态时促进碳化物析出的有害作用。因此，将此钢中的含锰量提高到a(Mn)=17%～20%。
硅(Si)：硅为常规含量，有较显著的固溶强化作用，加入0.40%～0.80%的硅，目的在于脱氧提高铸造工艺性能，若含硅量再提高将使钢的韧性变坏。
铬(Cr)：加入2.0%～3.0%的铬是为了提高钢的屈服强度，增加耐磨性，若铬的含量过高将会使钢的韧性降低，性能变坏。
钼(Mo)：钢中存在少量碳化物有利于提高耐磨性和屈服强度，加入0.20%～0.50%钼，目的是改善碳化物在钢中的分布和形态，使钢的组织性能得到改善。
磷、硫(P，S)：钢中的有害元素，降低材料的力学性能，增加铸件在铸造及热处理中的开裂倾向，对钢危害较大，故应严格控制在w(P)≤0.07%，w(S)≤0.05%。
稀土(RE)：作为孕育剂加入。
钢的化学成分见表1。
2试验数据与结果分析
2.1热处理工艺对力学性能及显微组织的影响
热处理工艺试验结果见表2。
由表2比较可知：经1050℃水韧处理的ZGMn18Cr2MoRE材质碳化物溶人奥氏体量较少，致使硬度高、冲击韧性和抗拉强度较低，会造成锤头在使用中因韧性不足强度偏低而断裂；该钢种经1150℃水韧处理后，因加热淬火温度过高致使碳化物溶入奥氏体中的量较多，造成硬度偏低，使用中会降低耐磨性能，导致寿命缩短；而经1100℃水韧处理的ZGMn18Cr2MoRE材质其强度及冲击韧性均优于其它两组，硬度值较高，其金相组织也比较理想。在奥氏体基体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。同时又能保持良好的强度和韧性，具有较好的综合力学性能。能够保证大锤头在恶劣工况条件下的安全工作。
2.2机械性能检验、金相组织分析及磨损试验
对唐山水泥机械厂90 kg级ZGMn18Cr2MoRE钢锤头、冀东水泥厂引进的德国O&K公司90kg级锤头、普通ZGMn13锤头分别电火花抽芯取样，进行了机械性能检验、金相组织分析及磨损试验，结果如表3所示。
由表3可见，ZCMn18Cr2MoRE钢金相组织为在奥氏体基体上保留了少量合理分布的碳化物。这种组织不但对钢的冲击韧性没有大的影响，而且会提高钢本身的耐磨性，有利于提高锤头的使用寿命。同时，在相同磨损试验条件下，与德国O&K公司进口锤头耐磨性相近，较传统高锰钢耐磨性提高2倍以上。
2.3工况试验
经过分析、论证选取具有代表性的冀东水泥厂为工况试验地，进行了整机装机试验。
2.3.1锤式破碎机工作参数
锤式破碎机工作参数见表4。
2.3.2工艺参数
锤式破碎机的工艺参数见表5。
2.3.3试验结果
ZGMn18Cr2MoRE锤头：石灰石破碎量156. 170万吨／套，磨损率0.6g/吨石灰石（锤头未完全失效）
德国O&K公司锤头：石灰石破碎量130～200万吨／套，磨损率0.69～0.74g/吨石灰石。
整机装机结果表明ZGMn18Cr2MoRE锤头使用性能安全可靠，耐磨性能良好，达到了国际同类产品先进水平。
3、生产工艺控制要点
90 kg级以上大锤头使用中必须安全可靠，同时又要有良好的耐磨性，故生产工艺应严格控制。
3.1冶炼
此材质适用于电弧炉及中频感应电炉冶炼，化学成分应严格控制，尤其P，S含量不能超标。要求废钢洁净无锈，后期加入炉料、合金需烘烤400℃以上，出钢前作冷弯检验，出钢温度严格控制在1460～1500℃。
3.2铸造
铸造工艺采用平做立浇，铸型表面涂刷醇基快干氧化镁涂料。为了细化晶粒和提高表面质量，浇注温度应严格控制在1430～1460℃。
3.3热处理工艺
热处理是材质获得最佳性能的保证，生产中应严格按工艺（见图1）执行。
3.4检验
锤头不得有任何影响其性能的铸造缺陷．如：缩孔、缩松、内外裂纹等。出厂前必须进行逐件超声波探伤加以保证。
4、推广应用
此材质锤头目前已广泛用于冀东、耀县、新疆、鲁南等全国各大水泥厂，并为本厂及大型破碎机生产厂家配套生产。随着近几年的不断探索、研究，现已推广应用到70～125 kg级，取得了一定的经济益。
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