为了增产节能降低消耗，近年来国内外对磨机衬板的结构形状、排列方式进行大量的开发研究。这一切都要求有可靠的材料相配合。自1985年以来，我们一直进行中碳多元合金钢的研究开发，该钢种近年来已在国内大、中型磨机衬板，尤其在各类新型节能衬板上使用，取得增产、节能、降耗的理想效果。不仅适于普通材质磨球，而且与铬系合金球匹配有更佳的使用效果。既用于干法磨机也用于湿法磨机。

　　中碳多元合金以Cr、Mo为主要合金元素，并添加V、Ti、Nb、稀土等多种微量元素，再配以相应的铸造工艺和热处理工艺。合金用量少、成本低、使用可靠，寿命是高锰钢的2～3倍，具有明显的社会和经济效益。

1　化学成分

　　根据磨机工况条件，针对磨机衬板不同部位，将中碳多元合金钢成分划为不同区段。各元素合理搭配，通过相应的热处理工艺，获得理想的金相组织，使之具有相应的韧性和硬度匹配，确保使用可靠、耐磨性能优异。

　　碳：碳是合金的主导元素，含碳量的多少直接影响材料的韧性和耐磨性。当含碳量小于0.3%则硬度低，耐磨性不足，当含碳量大于0.8%则韧性不足，故根据不同工况条件含碳量选择为0.3%～0.8%。

　　铬：铬作为强碳化物形成元素，与碳形成碳化物(M₇C₃)固溶于奥氏体，强化金属基体，增加淬透性，提高回火稳定性。实践表明，当铬小于3.0%时，上述作用不明显，当铬大于7.0%时脆性增加，因此根据相应的Cr/C比选择铬3.0%～7.0%为宜。

　　钼：钼是中碳多元合金钢的主要元素之一，它细化晶粒，提高淬透性和回火稳定性，对硬度、韧性的提高均有益，考虑成本等情况含量选择0.3%～1.0%。

　　钒、钛、铌、稀土等微量元素的含量则根据磨机大小、衬板的尺寸、结构形状等工况条件进行调整，各元素的合理调配是金属组织和机械性能的基本保证。中碳多元合金钢化学成分范围如表1。

表1　中碳多元合金钢化学成分范围(%)

2　生产技术条件

　　(1)熔炼：几年来中碳多元合金钢分别在3t电弧炉、2t工频炉，1.5t、0.5t、0.25t中频电炉上进行熔炼，针对不同熔炼设备，采用相应的熔炼工艺。工业生产中严格配料计算，熔炼中适时脱氧、去气、去夹渣，适时添加各相关元素，根据设备条件控制出钢温度(一般为1560～1620℃)和浇注温度(一般为1420～1480℃)。

　　(2)铸造：该钢种浇注温度较高，造型材料耐火度要高。生产中曾用不同种类的砂型铸造，但浇冒口、排气系统设计必须合理，有利补缩和排气，配合严格操作工艺，则可得到质量完好的铸造件。为了克服人为因素对质量的影响，最近我们引进日本新东公司技术，采用VRH法(真空硬化方法)生产，使铸件尺寸表面形状进一步提高，得到内在和外观质量更完美的产品。

　　(3)热处理：国内一般中低合金钢均采用油淬和水淬，这不仅需要相应的设备，而且操作上受人为因素影响大，性能不稳定。要么淬不上火，硬度不够，耐磨性差；要么淬火应力大，回火不及时，产生裂纹或开裂，不能使用。

　　我们研究生产的中碳多元合金钢，其连续冷却曲线如图1，采用专门设计的简单易行的热处理设备，经风冷即可淬硬(配以相应的成分设计)，然后及时回火，消除热应力及组织应力，达到预期金相组织和性能。热处理工艺如图2。

图1　中碳多元合金钢在不同冷却速度下连续冷却转变曲线

图中○内数字表示硬度HRC

图2　 热处理工艺曲线

3　金相组织、机械性能

　　根据铸件不同工作条件设计的化学成分系列，采用相应的热处理工艺。经淬火、回火后金相组织为回火马氏体，少量贝氏体加弥散碳化物。从某种意义上说金相组织决定了铸件的机械性能，中碳多元合金钢的机械性能见表2。

表2   中碳多元合金钢金相组织和机械性能

　 注：P──珠光体；M──马氏体；A_r──残余奥氏体；K_I──一次碳化物；B_下──下贝氏体；M_回──回