0、引言
水泥熟料
破碎机锤头既受高冲击力的凿削磨损，又受高应力的犁削、冲刷磨损，因此锤头材质需要有足够的韧性和硬度才能耐磨。在立窑下使用的熟料破碎机，由于熟料温度一般为200～300℃，时常高达500℃，要求锤头还应具有高的抗回火性能。因此，锤头材质既要求高硬度，又要有足够韧性，还要耐300℃左右高温。近年来，人们一直研究一种既耐磨又使用可靠的熟料破碎机锤头，如高锰钢合金化、超高锰钢、各种成分的合金钢等，但寿命提高倍率都不高。有的采用复合锤头，由于工艺复杂，技术不过关，时常发生脱落，或锤柄过早磨损，达不到预期效果，因此也没有推广应用。
针对熟料破碎机锤头材质存在的问题，我们经过两年多的试验，研制出一种高韧性、高硬度，并可承受500℃以下高温的用于熟料破碎机的耐磨锤头。锤头重量1.8～58kg/只；配套破碎机产量10～ 200t/h;锤头硬度HRC62～65，冲击韧性8～12J／CIT12；一副锤头根据不同工况条件可破碎熟料8 000～150000t，吨熟料纯磨耗为1.0～3.0g。
1、几种锤头耐磨材料的分析
1.1 高锰钢及改性合金化高锰钢锤头
目前水泥厂矿山常需碎碎800～1500mm大块物料，如石灰石、页岩等，故仍采用高锰钢锤头。但由于它的屈服强度低，使用中易产生塑性流变，因此，一些国家多在高锰钢中加入2%以上的Cr. Mo. Ni等合金元素，以提高其屈服强度和硬度，为在厚大断面上也能生成全奥氏体，又研制出含锰量16%～18%的超高锰钢，国内近年来也有生产，并取得较好的效果。但采用高锰钢或超高锰钢锤头破碎水泥熟料时，使用寿命不长。
1.2 合金钢锤头
中、小型破碎机锤头由于受冲击力不很大，高锰钢不能充分发挥其冲击硬化作用，所以国内外近年来研制了多种合金钢材质的锤头，硬度一般可达HRC45～ 55，使用寿命比高锰钢提高0.5～1倍。但总体来看还不能使用户满意，特别是破碎熟料，在国内只能使用7d左右。
1.3 高铬铸铁复合材料锤头
国内小型破碎机5kg以下锤头，近年来开始采用高铬铸铁。高铬铸铁的耐磨性可达到高锰钢的4倍。
国内对10～20kg锤头，采用半机械半冶金的复合锤头，锤柄为中低碳钢，锤头用高铬铸铁，包裹浇注，使用中常有锤柄先磨穿或锤头掉块等现象，使用不稳定，加上工艺比较复杂，推广受制约。
进口复合锤头，原来使用较好的有冀东水泥厂破碎石灰石的90kg锤头，为双金属熔合浇注，锤柄为合金钢，锤头为高铬铸铁，但使用一段时间后，也发生了锤柄磨损严重、锤头易剥落掉块的现象。后来国外改为超高锰锤头，即含锰量18%左右的整体铸造锤头。
美国ESCO公司研制出一种组合式锤头，如图1所示。该锤头的特点为用销轴固定高铬锤头部分，锤柄为低合金钢，实际效果如何未见进一步报道。
2 熟料破碎机高韧性耐磨锤头的研制
2.1 化学成分的设计
熟料破碎机锤头按磨损理论，硬度应为熟料硬度0.8～1.3倍，熟料硬度一般为HV500～550，锤头硬度应达到HV600～650，相当于HRC64以上，同时还要在200～300℃条件下长期使用，因此要具有抗回火性能。
为达到这些性能，我们把金相组织定为回火马氏体基体，加上30%左右的Cr7C3型高硬度碳化物，并且碳化物应该是断网的、块状的，使之既有高硬度、耐磨，又有高韧性，还能耐一定高温。按此思路进行成分设计。
1)碳(C)和铬(Cr)含量
图2为Fe - Cr -C系的室温切面（2 3，从图中可见①高碳、低铬时，容易出现M3C型碳化物；②低碳高铬时易出现M4C型碳化物；③铬与碳配合恰当时才可得到M7C3型碳化物。从图可知当碳(C)在2.6%~3. 0%，Cr在22%～25%时，可得到Cr7C3碳化物，硬度为HV1700，可大大提高金属的耐磨性。但碳量太高超过共晶碳量会发生粗大的初生碳化物，质很脆，在磨料冲击下会碎裂，并且碳量增加，韧性降低。所以碳量设计范围为2. 4%～3.2%。
铬一部分形成Cr7C3型碳化物及二次碳化物，另一部分提高机体的淬透性．使它既有足够韧性，又有高的硬度，故铬含量控制在18%～24%。
2)钼( Mo)含量
钼一部分进入碳化物，一部分溶入奥氏体，溶入奥氏体中的钼可大幅度提高淬透性，钼和铜联合使用，提高淬透性作用更大。经验表明，当Cr/C为5～8时，加入2. 5% Mo，可使100mm断面完全淬硬。设计成分Cr/C>7加入大于2%的钼，对于厚度为90～100mm的大锤头也能淬硬。
3)镍(Ni)含量
镍溶入奥氏体中，可充分发挥提高淬透性的作用，加入0. 5%的镍，即可显著提高淬透性，但它降低马氏体开始点(M。)的作用比钼大。加入镍量控制在0.6%～1.0%。
4)铜(Cu)含量
铜与镍类似，可全部溶于奥氏体中，对提高淬透性有利，但没有镍效果大，且铜在奥氏体中溶解度有限，约2%，热处理后仍保留有少量残余奥氏体，对提高韧性有利，但使硬度降低。所以铜控制在0.8%～1. 0%。
5)锰(Mn)含量
锰是稳定奥氏体元素，使组织中存在大量残余奥氏体，锰能改变钼在碳化物和金属基体中含量的分配比，锰和钼联合加入可有效地提高淬透性，但锰强烈降低Ms点，增加铸件开裂的趋向，对熔炼、铸造、热处理的微量变化敏感，所以含量不宜多，控制在0.8%～1.0%。
6)硅(Si)含量
硅是促进石墨化元素，固溶于基体中增加铸铁的脆性，硅降低淬透性，为了脱氧最少不得小于0. 3%，但硅提高慨点，我们控制硅在0. 4%～0.8%。
7)磷(P)、硫(S)含量
磷、硫均为有害元素，应尽量低，采用碱性炉熔炼，磷、硫可控制在0. 035%以下。
8)复合变质剂
为了净化晶界，变质夹杂，细化晶粒，特别是为了使共晶碳化物变为条块状，在高硬度前提下获得高韧性，我们采用了复合变质剂（Re +B、V、Ti等元素）；对提高韧性起到了重要作用。
综上所述化学成分设计范围如表1。
实际成分根据锤头大小和工况条件做相应调整。按经验公式，碳化物含量可达28%～30%。
2.2 熔炼工艺
采用300kg碱性炉衬中频感应炉熔炼，先加入总配料量2/3的高碳铬铁及钼铁和废钢，熔化后分析碳铬量，补加适量的高碳铬铁等合金元素，为节约成本，镍常以不锈钢边脚料加入（配料时计入带进的铬）。
实际生产时，碳量低，则用废电极增碳（收得率为50%左右），碳超标，则配适量的中、低碳铬铁。为控制磷、硫含量原则上不用生铁增碳。
出钢前10min加锰铁，出钢前7min加硅铁进行沉淀预脱氧，出钢前2min，采用深插铝的方法进行扩散脱氧。当脱氧去气充分钢水花纹开始结疤，温度在1450℃时出钢。
3 装机使用效果
自1997年课题成立以来，我们在实验室试验的基础上，在院耐磨耐热材料厂生产各种类型锤头，重量从1.8~ 58kg/只，配套破碎机的台时产量从10～200t/h，以破碎水泥熟料为主，并适用于石灰石、瓷石（白水泥原料）、硅石、煤矸石等。
锤头的部分使用情况见表2。
虽然这种锤头售价较高，但由于它使用寿命是高锰钢的5～6倍，使用费用仍只有高锰钢的1/2，每年仅锤头费用对于10万t级水泥厂，即可节约3万多元，况且节约5～6次维修时间，减少停机次数，确保了磨外预粉磨技术的充分发挥，使粉磨系统长期稳定增产、节能，对水泥厂的效益十分明显。
三门峡富通新新能源销售破碎机、颚式破碎机、圆锥式破碎机等。
