摘要：从球磨机工作原理、球磨机衬板磨损的影响因素出发，对球磨机衬板得失效与磨损机理进行了分析，分别对应用于水泥建材、冶金矿山及水利电力球磨机衬板的选材与工业应用进行了阐述，为球蘑机衬板正确选材提供了提供了依据。
　　Abstract:From the ball mill principle ball mill lining board wear the impact factors of lining board of ball to failure and the wear mechanism are analyzed,and the corresponding used for cement building materials metallurgy mine and water conservancy power ball mill of lining board of the material selection and industrial application were introduced,for the ball nebrodensis chenban right select material provided to provide the basis
　　关键词：球磨机、 衬板、 失效分析、 磨损机理
　　Keyword:ball mill、lining board、failure analysis、abrasionmechanism
　　国民经济的高速发展与科学技术的飞跃进步,耐磨材料新品种不断地应用于实际的工业生产中。球磨机是广泛应用于水泥建材、冶金矿山、水利电力、化工、煤炭等工业部门的粉磨设备，球磨机衬板是其主要消耗件，衬板的失效仍然是造成经济损失的严重因素。本文对球磨机衬板进行失效分析，对球磨机衬板磨损的影响因素与失效分析机理进行探讨，介绍的各种球磨机衬板材料，提供了正确选材的根据，以提高球磨机衬板的使用寿命、获得较好的经济效益。
　　1、球磨机工作原理：水泥建材、冶金矿山、水利电力、化工、煤炭的主要粉磨设备分为球磨机、简称磨机。它是一个两端带有支承装置的圆筒体，内装研磨体（又称研磨介质）和被磨的物料（如石灰石、矿石或煤等），其总装入量为筒体有效容积的25-45%。筒体绕水平的中心轴线回转，筒体内的研磨体和物料在离心力和摩擦力作用下被筒体衬板提升到一定的高度，然后脱离筒体瀑泻或抛落，物料循环地在筒体内运动受到研磨体不断地冲击、辊轧挤压和研磨作用而被粉碎成为一定粒度要求的产品。物料从筒体一端的空心轴进入，而粉磨后的产品经筒体另一端空心轴排出。筒体内物料的移动是给予压力来实现。筒体能够回转是由电机带动减速机，减速机传动筒体上的大齿轮实现的。干法磨时物料排出筒体被输送出去。湿法磨时，物料被水流带走。
　　球磨机的一般构造见图1[1]。一仓阶梯衬板在ф4.5×15.11m球磨机内安装位置见图2,ф4.5×15.11m球磨机衬板安装外部情形见图3,ф4.5×15.11m球磨机二仓分级衬板在筒体内情形见图4。图2磨机内三人中间为笔者。

　　图1、球磨机的一般构造
　　1一进料装置  2一支承装置  3一回转部分  4一出料装置  5一传动装置  6一研磨体

　　作者简介：王定祥（1936-），男，教授级高级工程师，主要从事金属热处理、耐磨材料的研究、应用与开发六十多年。联系电话：13625325443，邮箱：wangdx256@163.com

　　图2、一仓阶梯衬板在ф4.5×15.11m球磨机内安装位置

　　图3、ф4.5×15.11m球磨机衬板安装外部情形

　　图4、ф4.5×15.11m球磨机二仓分级衬板在筒体内情形

　　球磨机中主要磨损件是衬板与磨球。衬板是球磨机筒体和进出口料端盖的保护板，承受研磨体和物料的冲击与研磨。衬板的磨损与工况条件，破碎物料以及衬板形状结构与材料本身的性能及磨损特性有关。
　　2.球磨机衬板磨损特性的相关因素
　　（1）衬板的相对耐磨性与衬板金属材料本身的硬度呈线性关系，淬火回火耐磨合金钢随硬度呈线性关系：
　　ε=ε0+b(H-H0)
　　ε---耐磨合金钢的相对耐磨性
　　ε0---耐磨合金钢退火后的相对耐磨性
　　b---耐磨合金钢化学成分系数
　　H---淬火后硬度
　　H0---退火后硬度
　　由此可见，衬板的硬度愈高耐磨性愈好
　　（2）衬板的磨损率与球磨机直径成正比[2]
　　η=D.1.5
　　式中    η-球磨机衬板磨损率
　　D-球磨机直径
　　由此可见，球磨机直径越大，衬板被磨损的愈多。
　　（3）衬板选材与衬板形状结构有关
　　国外球磨机衬板块小而厚，有利发挥耐磨材料性能，使用寿命长。国内球磨机型号较老，衬板块大而薄，在使用新型耐磨材料时如不改变形状结构就容易开裂。因此采用新型耐磨材料就有一个衬板形状结构合理设计问题。沟槽衬板比阶梯衬板提高使用寿命30%以上。
　　（4） 衬板选材与对物料的粉磨工艺有关
　　球磨机喂料量必需保持稳定。喂料量过大物料细度不够，不合要求，喂料量过少，则造成磨球直接砸衬板的机会增多容易造成衬板开裂。因此衬板要选用高硬度、高韧性的材料。
　　（5）衬板金属材料的硬度与物料硬度的相互关系
　　选择衬板金属材料硬度按下列公式
　　Hm=(0.8-1.25)Ha
　　式中   Hm-衬板金属材料磨损后的硬度
　　Ha-被粉磨的物料硬度
　　由此可见，只有衬板金属材料磨损后的硬度超过发被粉磨物料硬度的0.8倍，为高速磨损区，超过1.25倍时为低速磨损区；等于0.8-1.25倍为磨损区。衬板金属材料磨损后的硬度必须超过被粉磨物料硬度的0.8倍才耐磨。
　　（6）衬板的磨损与磨球硬度的关系
　　在球磨机内磨球、衬板与物料组成一个磨料磨损系统，磨球与衬板是一对摩擦副，物料在一对摩擦副当中被粉碎。周文龙等人[3]对不同硬度磨球分别与铬合金钢衬板、高铬铸铁衬板组成摩擦副对磨球磨损、衬板磨损以及摩擦副磨损情况在CHM-1型试验机上进行试验做了大量工作得出了磨球硬度比衬板高HRC2-5为最佳匹配而对衬板不造成过多磨损的结论。当磨球材料与硬度不变，衬板硬度的升高磨损下降。
　　不同硬度磨球与铬合金钢衬板配副时衬板磨损、磨球磨损及摩擦副磨损情况见图5及图6。不同硬度磨球与高铬铸铁衬板铸铁衬板配副时衬板磨损、磨球磨损及摩擦副磨损情况见图5 。图5之1 与图6之1可以看出铬合金钢衬板与高铬铸铁衬板在与HRC30-65的磨球配副时磨损失重情况，随着磨球硬度的升高衬板磨损增加。这说明磨球硬度升高使物料的磨损程度向衬板转移，这说明磨球硬度过高削弱衬板抗磨损能力。图5之2与图6之2 可以看出HRC30-65的磨球与铬合金衬板及高铬铸铁衬板配副时随着磨球硬度的升高磨损减少，这说明硬度较高的磨球抗磨性好，磨损降低。图5 之3与图6之3可以看出铬合金钢衬板及高铬铸铁衬板与HRC30-65磨球配副时总磨损失重情况。结果表明随着磨球硬度的增加摩擦副的磨损降低到一定值后随着磨球硬度的升高再增加，摩擦副的磨损存在一个最低区。铬合金钢衬板，硬度为HRC43-45与磨球配副时摩擦副最低磨损的磨球硬度范围为HRC53-58，磨球比衬板硬度高约HRC13。高铬铸铁衬板，硬度为HRC5R3-55与磨球配副时摩擦副最低磨损的磨球硬度范围为HRC55-60，磨球比衬板硬度高约HRC2-5。由此可以得到磨球与衬板组成摩擦副时磨球硬度比衬板硬度要高HRC2-5的结论。

　　（7）衬板的耐磨性还要衬板金属材料有足够的韧性
　　衬板材料的硬度不是经过热处理后获得影响耐磨性的唯一因素。衬板金属材料要有足够的韧性。硬度表示金属低抗物料的入侵度，而韧性则表示金属吸收能量而不致断裂的性能。根据仓次的不同，工作部位不同而选材。粗磨仓衬板金属材料的韧性要求比细磨仓要高。
　　（8）衬板的使用性能与衬板金属的金相组织有关
　　衬板金属化学成分的合理设计以及通过热处理获得优良的金相组织是提高衬板使用性能的重要因素。在干法磨机中低合金钢、中合金钢衬板具有马氏体+碳化物的金相组织比仅有马氏体组织的耐磨性好；相同钢种晶粒细的比晶粒粗的耐磨；如果残余奥氏体太多，例如大于11%，可能导致开裂。 在湿法磨机衬板具有低碳马氏体组织抗腐蚀磨损性能要好，硬度也不低，其使用寿命比高锰钢可提高30%至一倍以上。在铬系合金同一牌号中碳化物种类形态、大小、分散度以及在基体组织所占比例对使用性能产生很大影响，其使用寿命可差别1-2倍。
　　（9）衬板不宜选用高锰钢的原因
　　工业上使用高锰钢做耐磨钢具有一定的耐磨性要从高锰钢的加工硬化机理解释。在球磨机衬板实际工况条件下使用过的高锰钢观察不到加工硬化区域存在马氏体，用加工硬化产生马氏体转变来解释高锰钢的耐磨性是不适宜的。高锰钢在室温形变过程中分三个阶段。第一阶段是滑移阶段，此时滑移在一个滑移系内进行。第二阶段，当高锰钢由于非常高的应力作用，高锰钢进一步形变，为减少位错产生的内应力，位错相互作用形成了胞状结构即亚晶粒。当材料受到超过这个阶段的应变，位错被钉札住了，滑移不能再进行，断裂就开始。高锰钢在形变过程中位错相互作用形成亚晶粒而产生了加工硬化，使硬度上升，因而提高了耐磨性。
　　高锰钢不宜制作球磨机衬板的原因是在工况条件下造成的加工硬化作用不充分，使用寿命低。还在于，它在制作球磨机衬板时屈服强度低，容易产生塑性流变，衬板在使用过程中发生与筒体圆柱面的反向翘曲，其反向翘曲力大于螺钉的抗拉强度，就使螺钉被拉断，于是衬板离开筒体而掉下。此种情况在尺寸较大的花纹衬板中常常遇到，例如在水泥厂时有发生。再者，这种塑性流变使衬板使用后和衬板螺钉粘结在一起，拆换衬板十分困难。高锰钢制做水泥球磨机筒体衬板磨损后硬度为HRC34，初始硬度为HRC20；火电厂磨煤风扇磨高锰钢冲击板初始硬度为HRC20，残体硬度为HRC28-38。均远低于物料硬度，因而不耐磨。
　　3、球磨机衬板的失效形式基本可分为四种。一是断裂失效；二是变形失效；三是磨损失效；四是腐蚀磨损失效。
　　（1）断裂失效：衬板断裂就成废品。衬板在生产制造过程可形成裂纹，在使用中也可开裂。衬板断裂给操作和维护带来很大麻烦。磨机迴转时衬板受到研磨体和物料的较大的冲击力凿削衬板，研磨体在下落时砸击或滚压，物料尖角切削衬板，当衬板强度不能承受凿削冲击所产生的高应力而断裂。这是非正常失效，在生产制造及使用中应该防止的。
　　（2）变形失效：主要在高锰钢做衬板的工况条件下容易出现。高锰钢衬板在研磨体和物料的高应力凿削冲击下产生塑性流变，衬板厚度尺寸减小，周边尺寸加大，衬板之间的间隙不够充填，导致相邻衬板顶撞而向离开筒体方向突起，引起紧固螺栓拉断，造成衬板脱落。原因之一是高锰钢的屈服极限低未达到“国标”要求；另一原因在水泥磨机中因熟料温度高于200℃以上，未能控制在要求的140℃以下，不良工况造成高锰钢强度及屈服极限的降低。这是非常正失效。变形失效在湿法磨机以及使用高铬铸铁和合金钢衬板时未见发生。
　　（3）磨损失效:磨损失效是衬板失效的最主要的形式,在一般情况下,都是由于正常磨损而失效的,它是不可避免的,它消耗的金属材料最大.球磨机衬板在工况条件下,受研磨体和物料对本身的冲击、滚动和滑动作用，受用温度变化的影响，致使衬板表面材料磨损。对于湿法磨机来说，衬板还要受到腐蚀和水的侵蚀作用，湿法磨机衬板比干法磨机衬板磨蚀更快。磨机衬板的磨损过程是很复杂的，受系统中各种因素的影响，磨损机理与整个粉磨特性有关，系统中参量的变化导致磨损机理复杂。目前用几种磨料磨损及腐蚀磨损来解释。磨料磨损分以下三类：
　　①凿削式磨料磨损：物料被粉磨成大颗粒磨料，有些磨料具有尖锐的棱角。磨料从衬板材料表面凿削下金属屑，材料的表面有严重的凿槽或犁沟，形成凿削式磨料磨损。凿削式磨料磨损的微切削模型[4]见图７。

　　由图可见，磨料作用在衬板表面上的力P，分为法向力N和切向力T。法向力使磨料压入表面，切向力使磨料向前推进。对表面切削，形成切槽（即凿槽、犁沟）及切屑。在切槽底部及两侧是变形区。抵抗这类磨损，需要材料具有良好的韧性和高的硬度，以低御物料的切入。
　　②高应力疲劳磨粒磨损
　　磨机筒体做回转运动，研磨体和物料在提升过程中与衬板产生相对流动和滑动，衬板表面受物料接触处交变应力的辊碾作用，导致表面疲劳剥落。当研磨体和物料提升至最高点向衬板抛泻冲击时，衬板仍作圆周运动，迫使研磨体和物料改变原有运动方向，物料被粉碎成磨料，尺寸较大磨料继续被碾碎，致使衬板微观表面在高应力接触作用的同时伴有冲击拉伸，导致衬板表面产生微裂纹，继续扩展使表面金属剥落。对于韧性好的衬板材料在高应力接触作用下塑性变形产生疲劳，在多次变形情况下，造成亚表层裂纹的形成与扩展，使表面金属削落。对于脆性衬板材料由表面产生微裂纹导致碎裂与剥落。
　　物料或磨研体与衬板平面接触时内部剪应力见图８[5]。当物料或研磨体与衬板平面反复接触，在最大剪应力处材料因疲劳而出现裂纹，裂纹扩展而剥落。磨损量随α的增大而增加，而α值的大小，则随载荷或物料、研磨体的半径的增加而变大。如属于纯滚动时，最大剪应力发生在距表面为0.6a的深度内。

　　式中  α---物料或研磨体半径
　　W-----载荷
　　R-----球的半径
　　m1,m2---泊松比
　　E1，E2---纵向弹性模量

　　图８ 物料或研磨体对衬板表面接触时内部剪应力

　　③低应力擦伤磨料磨损  衬板是在应力不超过磨料的压碎强度时产生的，衬板金属材料表面产生擦伤划痕形成低应力擦伤磨料磨损。
　　（４）腐蚀磨损  球磨机衬板在腐蚀工况条件下表面因磨损与腐蚀共同作用出现的磨料耗损现象称为腐蚀磨损。以腐蚀介质的性质不同分为化学腐蚀磨损和电化学腐蚀磨损。化学腐蚀磨损中最常见的是氧化磨损。氧化磨损是材料表面在腐蚀介质中形成氧化膜然后又不断地被磨去而使材料损耗现象。电化学腐蚀磨损是金属材料在腐蚀的电介质溶液中形成电化学反应的磨损行为。腐蚀机理以构成电偶来解释。在腐蚀介质作用下衬板材料被机械磨损后露出新鲜表面，铁（Fe）先去电子而荷正电，构成阳极区；水分子与氧结合获得电子后生成OH-1，构成阴极区，构成电偶。这样使衬板表面产生电位差，反应式为：
　　Fe       Fe2+2e阳极
　　1/2O2+H2O+2e       2OH- 阴极
　　在腐蚀介质中衬板与被磨物料(矿石)表面氧化并吸附OH-构成阴极区。衬板不断磨损露出新鲜表面，新鲜表面与物料接触构成电偶，衬板中Fe不断失去电子成为正离子向阴极游离构成材料的损耗，衬板就被腐蚀磨损。如果在腐蚀介质中加入防腐蚀剂，能使衬板表面形成钝化膜，这种“钝化膜”使衬板电位升高，降低了电流流动，从而减缓了腐蚀。衬板金属面与不同种类腐蚀介质之间形成电化学腐蚀的不同电偶，不同电偶还与腐蚀介质的PH值有关。衬板、研磨体、物料（矿石）在腐蚀介质中也形成腐蚀不同的电偶，导致衬板研磨体腐蚀的加剧。电化学腐蚀的电偶还存在其他形式、如金属多组织中相与相之间、成分偏析引起的同相晶粒之间、晶粒与晶界之间、应力分布不同的同相晶粒之间、晶界与晶界之间均存在电极电位差。磨损加速腐蚀：磨损使衬板表面产生塑性变形、增加位错、产生裂纹等均使电极电位降低，使腐蚀加速。磨损使材料表面产生、犁沟、切削、变形和剥落，增加材料表面积和表面粗糙度，使腐蚀加速。腐蚀介质的搅动使衬板表面迅速补充新的腐蚀介质，使腐蚀加速。腐蚀加速磨损。衬板表面因腐蚀产生的疏松孔洞及腐蚀产物等于被磨损掉；腐蚀使金属材料表面粗糙，晶粒被腐蚀降低材料的结合强度而加速磨损。衬板得腐蚀磨损往往既有化学磨损又有电化学腐蚀磨损。湿法磨改干法磨衬板磨损减少60%，湿法磨磨球比干法磨磨损大2-3倍。
　　磨机衬板的磨损往往不能用一种磨损机理解释，磨损工况条件错综复杂，往往是以一种或二种磨损机理为主而辅以其他。
　　４、 水泥磨机衬板筒体衬板失效分析[6]
　　对水泥用球磨机筒体的高锰钢衬板以及高铬铸铁（钢）衬板的磨损失效件对磨损形貌特征、磨屑、应力状态变形特征等进行分析，断定磨损的失效机制。将对ф2.2×6.5m水泥磨的一仓及二仓，在ф2.4×13m水泥磨的一仓，分别高锰钢衬板及高铬铸铁（钢）衬板作了工业性对比试验，并进行失效分析。
　　（1）几种水泥球磨机筒体衬板的试验材料特性和工作条件
　　试验磨机规格、仓次及筒体衬板牌号、力学性能、金相组织及形状尺寸等见表１；筒体衬板试验的磨机工作参数见表２；磨机入磨物料配比及物理性能见表３；筒体衬板试验磨机研磨体级配、直径和质量见表４；
　　（2）磨损试验结果    筒体衬板实际磨损试验的结果。见表５
　　（3）水泥球磨机筒体衬板的宏观失效特征及组织形态分析
　　表１  试验磨机规格仓次及筒体衬板牌号、力学性能、金相组织及形状尺寸等

　　注：ak值为10×10×55mm无缺口试样冲击值单位为J/CM2
　　表２  筒体衬板试验的磨机工作参数

 　　表２  筒体衬板试验的磨机工作参数

　　表３ 入磨物料配比及物理性能

　　表３ 入磨物料配比及物理性能
　　表４筒体衬板试验磨机研磨体级配、直径和质量

　　表５ 筒体衬板磨损试验结果

　　①
高锰钢衬板磨损表面微观形貌分析   高锰钢是塑性材料，磨损微观形貌是塑性变形特征。从对图9及图10ф2.2×6.5m水泥磨第一仓及第二仓衬板扫描由相片看，都具有犁沟，剥落坑及显微裂纹。犁沟都有方向性。而第一仓的犁沟比第二仓宽而，凿削使显微切削掉金属成犁沟边缘因挤压而隆起也可看到残存的犁屑，此是塑料材料的象征。因冲击疲劳使金属剥落形成密集的剥落坑；显微裂纹要少些。第一仓平均球径与物料对衬板的作用力要大，衬板所承受的应力要大，衬板微观形貌表现为犁沟为主，形成犁沟所卷起的犁屑在研磨体与物料的不断作用下而剥落，形成密集的剥落坑，其沟底被冲击形成疲劳裂纹，裂纹的扩展与延伸也使衬板表面金属剥落，因此，高锰钢在第一仓磨损失效机制是以凿削式磨料磨损机制为主，高应力疲劳磨料磨损为辅。而第二仓衬板承受凿削式作用力比第一仓要小些，犁沟浅而短，沟边隆起高度小。显微裂纹多，坑薄坑小。衬板在研磨体与物料产生的高应力疲劳作用下产生疲劳裂纹多。裂纹的扩展与延伸形成显微切削使衬板表面金属剥离。因此第二仓衬板磨损失效机制是以高应力疲劳磨料磨损为主，凿削式磨料磨损为辅。
　　②高铬铸钢衬板磨损表面微观形貌分析     高铬铸钢ZGCr13衬板在ф2.2×6.5m水泥磨一仓电镜照片见图11。高铬铸钢是脆性材料，没有塑性变形。高铬铸钢金相组织是马氏体+共晶碳化物+二次碳化物+残余奥氏体，硬度HRC50-57。高铬铸钢中的碳化物是（FeCr）7C3,显微硬度为HM1300-1800，它比（FeCr）3C硬度为HM800-1100高。基体上碳化物的硬度比马氏体高。从电镜照片可以看到犁沟、凹坑及显微裂纹。犁沟旁边没有象高锰钢磨损表面那样的隆起边缘，也没有残留的犁屑，这是脆性材料形貌特征。犁沟有呈“T”字形貌，也有呈“人”字形貌。凹坑是共晶碳化物与二次碳化物剥落形成的，共晶碳化物颗粒剥落形成大坑，二次碳化物形成小坑。高应力疲劳裂纹表现为坑底裂纹及坑埂裂纹。磨损失效过程表现为衬板在研磨体与物料的作用下，表面首先形成犁沟，这是凿削掉比碳化物硬度低的马氏体基体金属而形成的。凿削向前进行对小于犁沟深度二次碳化物，削离遇到比犁沟深度高的碳化物则被挡住或拐弯。高应力疲劳作用使凸出的碳化物有的被粉碎，有的向坑底与坑埂施压形成坑底裂纹与坑埂裂纹，碳化物与马氏体的结合力减弱，裂纹的扩展与延伸，使碳化物被剥去一层。这样，马氏体基体又凸出来。研磨体与物料的继续凿削，马氏体又形成犁沟。过程如此循环，衬板表面金属一层一层被磨损消耗。因此高铬铸钢衬板的磨损失效为凿削式磨粒磨损及高应力疲劳磨粒磨损两个机制同时进行。
　　5铁矿湿式溢流型球磨机衬板磨损失效分析铁矿是湿法球磨机，衬板磨损机制有凿削式磨料磨损与高应力疲劳磨粒磨损等机制以外，还有腐蚀磨损。对东鞍山烧法厂ф2.7×3.6m湿式溢流球磨机高锰钢衬板与筒体衬板具有湿法特征的磨损形貌分析如下。
　　（1）、东鞍山烧结厂磨机规格、物料组成及硬度见表6。

　　表6  东鞍山烧结厂磨机规格、物料组成及硬度

　　表6  东鞍山烧结厂磨机规格、物料组成及硬度

　　（2）、端衬板磨损失效分析
　　①物料经入料端进入球磨机经粉碎到出料，入料端物料粒度大，出料端物料粒度小，端衬板因物料粒度不同磨损情况不同。入料端衬板磨损要大，出料端衬板磨损要小。
　　②入料端衬板不同部位的磨损形貌不同[6]
　　球磨机运转时物料入料端高锰钢衬板的不同部位磨损情况不同，拆下残体磨损表面测定硬度显示为四个区，如图12。（A）（B）大端部位由于研磨体与物料降落产生相对滑动在表面犁削，受冲击较小，磨损表面硬度大致在肖氏硬度Hs53.5，主要属于犁削式磨料磨损。（C）（D）小端受到研磨体与物料侧冲击力大，（C）（D）部位的加工硬化能力大，（C）磨损表面达Hs60，（D）部位受力较（C）部位小些，磨损还是要比（A）（B）部位严重磨损表面硬度为Hs54。由此（C）（D）部位的磨损主要属于高应力疲劳磨粒磨损。

　                                                             　图12  端衬板残体硬度测定部位及磨损形貌
　　（3）筒体高锰钢衬板磨损失效分析[6]
　　凿削式磨料磨损与高应力疲劳磨料磨损     由于进料端与出料端物料粒度不同，将造成同机各部位筒体衬板的磨损情况不同，显然靠近入料口部分的衬板比靠近出料口部分衬板磨损量要大。见图13。

　　                                                             a)进料部位筒体衬板                      b)出料部位筒体衬板
　　                                                                       图13 进料与出料部位筒体衬板磨损特征
　　从磨损形貌分析是凿削式磨料磨损与高应力疲劳磨料磨损相结合的磨损机制。
　　（4）腐蚀磨损筒体高锰钢衬板腐蚀磨损特征见图14。

　　                                                                       图14  腐蚀磨损特征19000×
　　筒体高锰钢衬板的腐蚀磨损因物料在铁矿湿法磨中矿浆浓度、矿浆腐蚀性因素、固体含量、固体颗粒粒度及形状、矿浆温度、特别是影响矿浆腐蚀性因素的物料物质组成、性质、形成矿浆的化学成分（PH值、药剂、气体）与性质以及粉碎介质的化学成分、力学性能及金相组织等有关。按化学腐蚀机制及电化学腐蚀机制加速了磨损加剧，出现腐蚀磨损。图25可见，犁屑被腐蚀掉已不存在，犁沟剥落坑边经腐蚀趋平坦，腐蚀面有点蚀。在磨损面的凸出物在形成的“电偶”中为阳极而被腐蚀加速了磨损。
　　球磨机衬板常用耐磨钢铁材料牌号、化学成分、生产工艺参数示例、力学性能及应用示例。见表7
　　表7  球磨机衬板常用耐磨钢铁的牌号、化学成分、生产工艺参数示例、力学性能及应用示例

　　注：1、金相组织表示符号：M-马氏体   Ar-残余奥氏体   C-碳化物     B-贝氏体   A-奥氏体
　　2、表中几种冲击韧性的表示方法：1）αKU及αKN冲击吸收能表示为J，冲击韧性值KU为有缺口试样试验值，KN为无缺口试验值。如αKU≥62J/cm2或αKN=58-86J/cm2；2）KN2或KU2：冲击吸收能量的表示为J，U代表有缺口试样的几何形状，N代表无缺口试样，下标数字2表示摆锤刀刃半径（单位mm）。例如：KN2≥25或KU2≥80。
　　7衬板选材与应用
　　（1）水泥厂球磨机衬板的工业应用
　　水泥厂球磨机有生料磨（即原料磨）与水泥磨（即熟料磨）。生料磨的物料主要是石灰石，而水泥磨物料有熟料、矿渣、石膏等硬度比石灰石高很多。在对衬板的新产品研制方面主要是针对水泥磨，水泥磨的新材质衬板都可以用于生料磨。相同材质用于生料磨使用寿命为水泥磨的四倍左右。因此用于水泥磨的各仓衬板材质均可对应用于生料磨。
　　从水泥厂球磨机衬板的磨损失效形式属凿削式磨料磨损，高应力疲劳磨料磨损及低应力擦伤磨粒磨损。可知水泥磨第一仓衬板要求高韧性、高硬度的、高抗磨材料，第二仓衬板要求高硬度、适当韧性的高抗磨材料。因此第一仓使用合金钢及高铬铸铁（钢）材质较多，第二仓使用高铬铸铁材质较多。合金钢材质也可用于第二仓，但比高铬铸铁使用寿命短。高铬铸铁使用在第一仓时对于衬板设计块小而厚的条件下可以使用，块大而薄则可能导致开裂，存在一个衬板形状设计与材质相匹配的问题。低铬铸铁如BTMCr2有用于生料磨的，也可用于小型水泥磨第二仓的，由于冲击韧性低，容易发生断裂，耐磨性又不如高铬铸铁所以现在用高铬铸铁取代了它。高锰钢在水泥厂球磨机中做衬板几乎不用了，仅有用ZG120Mn13Cr2的。该钢种中含ω（Cr）=1.5-2.5%，力学性能中屈服强度高，避免了衬板在使用过程中因发生塑性变形拉断紧固螺栓而脱离筒体掉下的事故。中合金钢ZG42Cr2Si2MnMoRE钢在从日本进口的ф4.5×15.11m水泥磨第一仓使用寿命11年，该钢种在国内设计的大型球磨机内做衬板一般使用3-6年，这是因为在磨机设计时对衬板形状结构不同所致，进口的衬板块小而厚，国产的衬板块大而薄，在磨损率相同的情况下，薄的衬板使用寿命要比厚的短。高铬铸铁（钢）衬板使用比中、低合金钢衬板寿命长，ZGCr13SiMo钢衬板在从日本进口的ф4.5×15.11m水泥磨第二仓使用20年以上。一般大型水泥磨第一仓衬板BTMCr15使用寿命6-8年，BTMCr20、BTM26使用寿命8-10年。高铬铸铁（钢）衬板在水泥磨第二、三仓在十二年以上至20年。
　　（2）火电厂球磨机衬板的工业应用
　　球磨机衬板的磨损机理，因为球磨机用煤含有水份，球磨机入口处热风为300-400℃，因此伴有氧化及腐蚀作用。因此球磨机的磨损失效机制是以凿削式磨料磨损高应力疲劳磨料磨损及低应力磨伤磨料磨损为主，腐蚀磨损为辅。
　　磨煤机衬板材质多年来用高锰钢ZG120Mn13，水韧处理后的初始硬度为HBW180-220，在磨煤机的工况条件下衬板残体仅HBW250-360，不能发挥充分的加工硬化抗磨性能，且有塑性流变问题致使衬板残体不易拆下，因而逐渐被淘汰。目前衬板安装多采用组合自固型安装结构，不漏煤粉、整体性好，维护少，安全可靠，加上新材质的应用提高球磨机衬板使用寿命，使磨机出力得到大幅度提高。在煤的磨损指数Ke＞3.5为强磨损煤的粉磨物料情况下，ZG40CrMnSiMoRE钢衬板在ф3m以上磨机使用寿命约为2年，ф3m以下磨机使用寿命约为3年；ZG40Cr5Mo钢衬板在ф3m以上磨机使用寿命约为4年，在ф3m以下磨机使用寿命约为5年；BTMCr20钢衬板在ф3m以上磨机使用寿命为6年以上；在ф3m以下，磨机BTMCr20衬板使用寿命为7年以上。
　　（3）冶金矿山球磨机衬板的工业应用
　　在湿法磨机衬板方面目前仍然应用高锰钢较多，主要原因是适用性广泛，安全可靠，生产制造工艺简便。近卅年来，我国在研发低、中、高各类合金钢在湿法磨领域取得可喜的进展。这些合金钢在金相组织方面有奥氏体、马氏体、马氏体+碳化物、马氏体+贝氏体、板条状马氏体等等。在对高锰钢进行改造的研究与应用当中，加入Cr、Mo、W、Ni、RE、B等合金元素。有的是为细化晶粒、固溶强化提高高锰钢的初始硬度，提高强度，提高屈服极限，有的是为了提高加工硬度速率以增加形变过程中的硬度；有的是在高锰钢奥氏体基体上增加抗磨损的弥散碳化物第二相；有的是提高弥散碳化物第二相的硬度等均可以有效的提高耐磨性能等等，均取得比高锰钢ZG120Mn13耐磨性好的实际效果。因此形成ZG120Mn13Cr2、ZG120Mn13W1、ZG120Mn13Ni3、ZG90Mn14Mo等牌号。冶金部钢研究院研制ZG90Cr6MoRE钢[7]做衬板、金相组织为马氏体+碳化物，在福建潘洛铁矿做运转对比试验该矿矿石以磁铁矿为主，伴生黄铁矿、赤铁矿等。矿石硬度F=8-14。在ф4×14m湿式自磨机做两种形状衬板与高锰钢衬板做对比试验使用寿命分别提高1.31倍和1.21倍。
　　衡阳有色冶金机械厂与北京钢研究院研制两种新材料：ZG70CrMnMoBRE采用水淬空冷为马氏体+贝氏体组织；
　　ZG35Cr2MnSiMoRE钢[8]水淬回火为马氏体组织。都在承德钢厂选矿厂湿式球磨机做衬板与高锰钢衬板对比试验两种
　　衬板材料使用寿命比高锰钢提高0.6-1倍。ZG23Cr8Ni2MoRE衬板钢[9]市合肥水泥研究设计院等单位完成的安徽省“九
　　五”科技攻关项目,该钢种经喷雾淬火回火后，为板条状马氏体组织。该材料衬板整机在马钢姑山铁矿ф2.7×3.6m
　　湿法格子型磨机上安装使用，经与高锰钢衬板对比使用寿命提高1.07倍以上，其力学性能大于双五十，HRC＞50,akn
　　＞50J/cm2。ZG42Cr2Si2MnMoRE钢经热处理后是马氏体组织，在国内制造的大型水泥磨做筒体衬板使用寿命为3-6
　　年，比高锰钢筒体衬板使用寿命提高2-5倍。ZG42Cr2SiMnRE钢在铁矿湿法球磨机比高锰钢提高1.25倍[10]。由此可
　　见，同一钢种在干法水泥生产中做球磨机衬板使用寿命高，而在铁矿湿法磨做衬板使用寿命低。这是铁矿湿法磨矿
　　石硬度比水泥熟料硬度高而且有腐蚀作用所致。从上述应用案例来看，金相组织是奥氏体基体的耐磨性最差，奥氏
　　体基体虽然抗腐蚀性好，然而由于初始硬度低以及加工硬化能力不足抗磨损性低仍然差。而对基体为马氏体、马氏
　　体+碳化物、马氏体+贝氏体、板条状马氏体哪一个组织最好，仍然难以定论，这决定于金相组织的抗腐蚀性能及抗
　　磨损特性的综合效果。目前在性价比合适的情况下研究一种钢铁耐磨材料在水泥磨中衬板那样在铁矿湿法磨中比高
　　锰钢耐磨性成倍增长的品种是我们努力的方向。
　　（4）金属磁性衬板的工业应用
　　当钢铁耐磨材料衬板在湿法冶金矿山球磨机做衬板很难取得在干法水泥磨做衬板比高锰钢衬板耐磨性成倍增长的时候,视线转到了其他方面。在非金属衬板方面主要是以聚氨酯和橡胶衬板为标志，虽然它们在某些性能方面优于金属型衬板，但因抗滑动磨损能力差，为防止刻痕和撕裂而产生的早期失效，要求磨矿介质不能混入金属夹杂物，工艺要求条件严格在一定条件下使用，而使普遍推广受到限制。在研究开发转向复合衬板方面以瑞典斯克嘉（SKEGA）为代表的钢盖式橡胶磁性复合衬板获得广泛应用。而我国则研发了具有中国特色世界首创的金属磁性衬板，在上世纪90年代开始，由中国冶金矿业总公司北京金发工贸公司，原沈阳光大科研所与本钢歪头山铁矿联合开发研制了我国第一代第一套金属磁性衬板发展到今天使金属磁性衬板技术创新、完善，在铁矿球磨机上，使用寿命达6-10年，为高锰钢衬板使用寿命的6-10倍，已具有世界领先水平。金属磁性衬板是一种具有自身保护功能的衬板，有以下特点：质量轻、易安装、使用寿命长、节约资源、改善环境、降低成本、安全可靠。金属磁性衬板结构是由金属体（外壳）、永磁体和弹性胶层三部分组成。金属体是衬板主要组成部分，其作用是保护永磁体层不受外力冲击，并有足够高的机械强度与导磁率，而壳体要有很高的磁感应强度。永磁体是衬板核心部分，其作用除吸附金属体外，还要将自身吸附在筒体和端盖上。弹性胶层粘接金属体和永磁体，自身的弹性也起到缓冲作用。工作原理是在衬板工作面上方一定空间形成磁场，在磁场强度作用下凡是磁铁矿物均可吸附在衬板工作面上，形成厚20-40mm的保护层，保护层可以是球磨机在运转中磨削下来的钢球碎块或磨小的钢球，也可以在初装时加入此类介质。这个保护层在球磨机运转过程中不断更新处于动态平衡之中，使所有直接磨损却产生于介质之间，从而使衬板工作面很少磨损，达到高效减磨的目的。它与传统高锰钢相比有以下优点[11][12]①使用寿命长为传统高锰钢的10倍；②节省球耗8-10%③质量轻，只有传统高锰钢的40%，减轻安装的劳动强度，减轻磨机负荷，节电5-7%④厚度薄，约为传统高锰钢的70%，可使磨机有效容积增加，也就提高了磨矿能力；⑤安装方便不用紧固螺栓，靠磁力吸附在筒体和端盖上，不漏矿浆，提高作业率1%，实现文明生产；⑥机械性噪声降低，改善了工作环境；⑦提高球磨机的粉磨细度，提高了磨矿效率；⑧实现零维护、降低成本，安全可靠。
　　国产悍马牌金属磁性衬板在选矿厂ф5米以上大型磨机得到广泛应用。金属磁性衬板在鞍钢、本钢、唐钢、宣钢、武钢、宝钢、昆钢、邯钢、邢钢、马钢等近百家选矿厂应用取得可靠的经济效益与社会效益。
　　金属磁性衬板不仅在冶金矿山，而且在有色金属及建材行业也得到推广应用。金属磁性衬板将有广阔的发展长景。而钢铁耐磨材料衬板因有其本身的特点不断发展而长期共存。
　　参考文献：略