0、引言
    多年來，在建材、冶金、礦山、電力行業中，大型錘式破碎機錘頭均采用普通高錳鋼材質，錘頭重量多在70 kg以下。在使用中，它耐磨性低且易出現斷裂，造成設備損壞的事故時有發生。隨著我國現代工業的飛速發展，日產2000～4000t水泥生產線陸續上馬，20世紀80年代末，我國相繼從德國、丹麥等國家引進了大型錘式破碎機設備，與之配套的90kg級以上的錘頭，由于國內無成功生產經驗而不得不從國外進口。
    大型錘式破碎機所配90 kg級以上錘頭自身重，受高速循環沖擊力大，工況條件十分惡劣，而普通高錳鋼無法提供既不斷裂又要有良好耐磨性的保證。在這種情況下，我們在對冀東、珠江等水泥廠從德國和丹麥進口的錘頭進行了調查，并結合我國資源特點，研制開發了90 kg級超高錳鋼(ZGMn18Cr2MoRE)大錘頭。
1、成分設計
    在高轉速、高沖擊的惡劣條件下工作的90 kg級大錘頭，必須具有較高的沖擊韌性、良好的耐磨性及抗斷裂能力，同時根據其自身重、斷面厚大的特點進行了以下成分設計。
    碳(C):碳是鋼中影響各項性能的主導元素，為了使鋼具有較高的強度、硬度和較好耐磨性的同時，又具有足夠的韌性，以保證使用中不斷裂，選擇a(C)= 0.95%～1.25%。
    錳(Mn)：較高的錳碳比是為了在水韌處理后獲得全奧氏體組織，當錳在w(Mn)=13%的基礎上繼續提高，雖然使鋼的強度、韌性提高的不太多，但能使厚大斷面組織中碳化物析出量減少，對其韌性提高作用較大。為此，鋼中同時加入適量的鉻，含錳量的提高也可減少鉻在鑄態時促進碳化物析出的有害作用。因此，將此鋼中的含錳量提高到a(Mn)=17%～20%。
    硅(Si)：硅為常規含量，有較顯著的固溶強化作用，加入0.40%～0.80%的硅，目的在于脫氧提高鑄造工藝性能，若含硅量再提高將使鋼的韌性變壞。
鉻(Cr)：加入2.0%～3.0%的鉻是為了提高鋼的屈服強度，增加耐磨性，若鉻的含量過高將會使鋼的韌性降低，性能變壞。
    鉬(Mo)：鋼中存在少量碳化物有利于提高耐磨性和屈服強度，加入0.20%～0.50%鉬，目的是改善碳化物在鋼中的分布和形態，使鋼的組織性能得到改善。
    磷、硫(P，S)：鋼中的有害元素，降低材料的力學性能，增加鑄件在鑄造及熱處理中的開裂傾向，對鋼危害較大，故應嚴格控制在w(P)≤0.07%，w(S)≤0.05%。
    稀土(RE)：作為孕育劑加入。
鋼的化學成分見表1。

2試驗數據與結果分析
2.1熱處理工藝對力學性能及顯微組織的影響
熱處理工藝試驗結果見表2。
 
    由表2比較可知：經1050℃水韌處理的ZGMn18Cr2MoRE材質碳化物溶人奧氏體量較少，致使硬度高、沖擊韌性和抗拉強度較低，會造成錘頭在使用中因韌性不足強度偏低而斷裂；該鋼種經1150℃水韌處理后，因加熱淬火溫度過高致使碳化物溶入奧氏體中的量較多，造成硬度偏低，使用中會降低耐磨性能，導致壽命縮短；而經1100℃水韌處理的ZGMn18Cr2MoRE材質其強度及沖擊韌性均優于其它兩組，硬度值較高，其金相組織也比較理想。在奧氏體基體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。同時又能保持良好的強度和韌性，具有較好的綜合力學性能。能夠保證大錘頭在惡劣工況條件下的安全工作。
2.2機械性能檢驗、金相組織分析及磨損試驗
對唐山水泥機械廠90 kg級ZGMn18Cr2MoRE鋼錘頭、冀東水泥廠引進的德國O&K公司90kg級錘頭、普通ZGMn13錘頭分別電火花抽芯取樣，進行了機械性能檢驗、金相組織分析及磨損試驗，結果如表3所示。
 
    由表3可見，ZCMn18Cr2MoRE鋼金相組織為在奧氏體基體上保留了少量合理分布的碳化物。這種組織不但對鋼的沖擊韌性沒有大的影響，而且會提高鋼本身的耐磨性，有利于提高錘頭的使用壽命。同時，在相同磨損試驗條件下，與德國O&K公司進口錘頭耐磨性相近，較傳統高錳鋼耐磨性提高2倍以上。
2.3工況試驗
    經過分析、論證選取具有代表性的冀東水泥廠為工況試驗地，進行了整機裝機試驗。
2.3.1錘式破碎機工作參數
錘式破碎機工作參數見表4。
 
2.3.2工藝參數
錘式破碎機的工藝參數見表5。

 
2.3.3試驗結果
    ZGMn18Cr2MoRE錘頭：石灰石破碎量156. 170萬噸／套，磨損率0.6g/噸石灰石（錘頭未完全失效）
    德國O&K公司錘頭：石灰石破碎量130～200萬噸／套，磨損率0.69～0.74g/噸石灰石。
    整機裝機結果表明ZGMn18Cr2MoRE錘頭使用性能安全可靠，耐磨性能良好，達到了國際同類產品先進水平。
3、生產工藝控制要點
    90 kg級以上大錘頭使用中必須安全可靠，同時又要有良好的耐磨性，故生產工藝應嚴格控制。
3.1冶煉
    此材質適用于電弧爐及中頻感應電爐冶煉，化學成分應嚴格控制，尤其P，S含量不能超標。要求廢鋼潔凈無銹，后期加入爐料、合金需烘烤400℃以上，出鋼前作冷彎檢驗，出鋼溫度嚴格控制在1460～1500℃。
3.2鑄造
    鑄造工藝采用平做立澆，鑄型表面涂刷醇基快干氧化鎂涂料。為了細化晶粒和提高表面質量，澆注溫度應嚴格控制在1430～1460℃。
3.3熱處理工藝
    熱處理是材質獲得最佳性能的保證，生產中應嚴格按工藝（見圖1）執行。
3.4檢驗
    錘頭不得有任何影響其性能的鑄造缺陷．如：縮孔、縮松、內外裂紋等。出廠前必須進行逐件超聲波探傷加以保證。
4、推廣應用
    此材質錘頭目前已廣泛用于冀東、耀縣、新疆、魯南等全國各大水泥廠，并為本廠及大型破碎機生產廠家配套生產。隨著近幾年的不斷探索、研究，現已推廣應用到70～125 kg級，取得了一定的經濟益。
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