高铬铸铁耐磨衬板的热处理工艺改进
我公司生产的2号和6号衬板是一种高铬合金铸铁，因其耐热耐磨性能好，广泛用于各大钢铁公司的高炉设备。

但由于其脆性大，无论在铸造还是在热处理过程中、极易断裂。

据我们过去统计，在热处理时，尺寸约在1000毫米×500毫米×25毫米以下的中小型衬板废品率一般在10～15%，尺寸在此以上的大衬板最高时甚至达到50%左右。

由于规格繁多，几何形状多样，生产难度较大，每年的平均废品率一般都在16%左右。

走访过一些单位，大家都认为衬板开裂的原因很多，与其铸造内在质量、外观质量、尺寸大小、几何形状、化学成分等多种因素有关。

但我们认为主要是热处理加热和冷却条件。

这种衬板在加热和冷却过程中体积变化特别突出。

加热时其体积增大，而冷却时体积缩小。

对同一块衬板来说，加热速度过快，体积增大速度上下不一，造成较大应力，导致开裂。

衬板在砂箱中摆放过挤，受热后体积增大受到限制，也会迫使它以开裂方式释放体积变化受阻产生的应力。

开裂最多是在出炉后，衬板在砂箱中以空气风冷时，边缘冷却快，体积大幅度收缩，而中部不易冷却，其红热部分收缩量滞后，中部阻止外部收缩，这时中部承受边缘施加的压应力，而边缘收缩受阻承受很大的拉应力，而衬板的韧性又较低，当拉应力达到一定极限后，外部边缘以开裂形式来释放应力。

这时如注意观察会发现，裂纹通常起源于衬板冷得最快的长边中段某处,因为这里的应力聚集最大，开口裂得较宽，裂口端部可达3～4毫米，当中部随时间延长逐渐降温收缩后，边缘与中部的收缩量接近一致，裂口便闭合在一起，然而，很长的裂纹已经产生，甚至断开。

所以我们认为冷却和加热过程中，在同一块衬板上的温度一致性，是保证衬板不裂的决定性因素。

裂因明确后，在加热过程中，我们采取逐步升温、均温的方法，这与老方法基本相同，目的使同一块衬板均匀受热，各部分膨胀系数基本一样，但必须注意要将大衬板摆放在宽松的工装或砂箱内，让其可以有足够的空间膨胀。

这样通常可以保证衬板在炉中不裂。

衬板出炉时是最关键的步骤。

冷却速度的快慢决定着硬度的高低，而同一块衬板上如何均温冷却，决定着裂与不裂。

为此，我们做了大量的工作，用风吹、向中部喷水雾，但都不具备良好的可操作性，尤其是喷水雾，尽管可以使硬度提高、开裂率下降，但对操作者的要求太严，不能有任何粗心大意，在生产实际中很难实施，只能停留在实验中。

最后，我们采取分批单件散开，即在台车炉加热衬板出炉时，迅速将其中的一砂箱吊离炉底板，并立刻一块一块散开空冷。

为防止台车上的衬板出炉后，边缘与其中部随时间延长造成较大温差，一定要及时将台车开进炉内均温，均温时不送电、炉门可以不全关。

目的是防止衬板边沿变暗或使已稍变暗的边沿回温，以保证其均温效果。

第一批散开后，再出第二批砂箱，如此直到全炉衬板出完。

最后一批出炉的衬板，温度一般控制在仪表显示760℃以上，其硬度值不受影响。

这样便解决了衬板均温快速冷却的问题。

这一方法效果非常明显，不仅不易出现开裂，而且衬板中部与边缘基本同时冷却，冷却过程中各处的体积收缩速度趋于一致，产生的热应力也很小。

更大的优点是衬板硬度各处一致，避免了在砂箱中冷却时，衬板的硬度边缘只能勉强合格、中部则往往严重偏低的问题。

由于散开后冷却速度加快，其硬度值也得以显著提高，2号衬板一般达到58～64HRC, 6号衬板达到54～60HRC，均达到技术要求。

特别要提的是我们通过科学分析、实验验证后认为：均温冷却过程中残留应力很小，传统的低温回火又对这种高铬铸铁的机械性能几乎不产生作用，所以在新工艺方法中，将通常认为“必不可少的回火工艺”省去。

这样在衬板热处理质量不受影响的同时，还使工艺周期大大
缩短，生产效率得到提高。

附1：高铬铸铁衬板热处理新工艺
采用(2×5m²)650kw台车式电阻炉加热衬板：200℃以下装炉，阶梯升温，200℃保温1小时；350℃保温1.5小时；500℃保温1小时；650℃保温1.5小时；960℃保温2～2.5小时；停炉；分批
出炉空冷，迅速全部散开。

注释：
1、硬度值与960℃保温时间有关，不宜过短。

2、季节对本工艺有一定的影响。

出炉时，气温越低，散开衬板的速度应当越快。

冬季出炉前，可先停电降温至900～920℃左右，然后出炉，这样可以让衬板在炉内有个缓慢适应降温的过程，并减轻炉内温度与环境温度差别过大的影响，减少因散开不够及时造成的开裂。

3、以上工艺的改进，关键在出炉方式，尤其对较宽大的衬板，单件散开速度必须快，否则中部
冷却滞后于边沿，极易开裂。

附2：新、老工艺生产的废品率统计分析对比
表1 2003年耐磨高铬铸铁衬板废品率统计分析
Table 1 Statistics & analysis on the rate of waste product for wear-resistance &
High-chromium Iron Cast Liner Plate in 2003
月份热处理工艺
产量
（吨）
废品量
（吨）废品率
（%）
废品主要原
因分析
备注
1 老工艺：将衬板阶梯升温至960℃х2h出炉，在砂箱或工装架上空冷或风冷约1小时后，280~300℃回火5小时。

57.540 8.200 14.25 空冷过程中，
同一块衬板上冷热
不均。

中部冷却慢，
导致硬度偏低，边沿
冷却相对快，导致开
裂。

低温回火对防裂
和硬度无明显影响。

对老
工艺进行
观察分析
阶段，找出
了开裂产
生的原因。

2 91.700 9.260 10.10
3 76.380 13.480 17.65
4 老工艺：960℃
出炉后，空冷的同时对砂箱中部红热部分采取喷水雾促使均匀降温。

97.910 8.690 8.88
喷水雾可以
提高硬度，控制得
好、开裂率能够下
降，但操作要求严、
不宜掌握，难以实
施。

试验
喷水雾阶
段。

5
114.53
4
5.466 4.77
较好
地控制喷
雾，能够达
到废品率
≤5%的目
标。

6 本月中旬试行
散开空冷新工艺。

82.433 3.829 4.64
仍以喷水雾
措施为主。

7 7月起正式执行新工艺，与老工艺相比，新工艺适当缩短了升温加热总时间，960℃出炉后，衬板全部散开空冷，82.660 0.406 0.49 严格按新工
艺执行后，废品率明
显降低，可以非常有
把握地控制在公司
要求的5%以下。

但
10月内，由于天气
新工
艺带来的
效果，令人
十分满意。

8 82.433 0.807 0.98
9 55.203 0.451 0.82
1 0 69.33
2 3.364 4.85
工装
吊具不配
使同一块衬板能够快速均匀降温，保证
了硬度值稳定提高，由于大大减轻了冷热不均产生的热应力，故而省去了回火工艺，且产品质量和生产效率同时大幅度提高。

变冷、重视不够，加之大衬板（每块300kg 以上）较多、
工装吊具不配套、散开不够及时等原因，曾出现一炉开裂6块大衬板的现象。

重视后，11月内，改变大衬板工装吊具，并适当降温后出炉，废品率得以控制。

套、散开不够及时。

11
59.612
0.847
1.42
恢复
到满意状
态。

12
68.167
0.358
0.53
7~12月执行新工艺的产量、质量统计结果。

417.40
7
6.233
1.49
结论：执行新工艺半年，
总废品率为1.49% 。

远低于公司要求的5％指标。

从2003年全年生产情况看，自7月份开始采用新工艺后，废品率大幅度降低。

通过近几年的生产实践，截止目前，尚未发现省去回火工艺对质量有任何影响，广大用户对我公司的产品使用寿命非常满意。

实践证明：使用本工艺进行衬板热处理，硬度质量可达100%合格、开裂废品率可以非常
有把握地控制在1. 5%以下，从而解决了衬板热处理开裂量大的难题。