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水泥工业用耐热耐磨钢概况
王定祥
（青岛市机械研究所 ）
摘要：在耐磨材料产业领域的工业高速发展，耐热钢与耐磨钢已不能满足国民经济单独使用的需用，在
要求既耐热又耐磨的严酷工况条件下，促使耐热耐磨钢的形成与发展！
关键词：耐热耐磨钢、耐热钢、耐磨钢
耐热钢是在高温下保持热稳定性及热强度的钢，通常以蠕变极限与持久强度来衡量。而在水泥工业对耐热钢提出了新的工况条件下的要求，即不仅要耐热而且要耐磨，在保持热稳定性及热强度的条件下要求具有高温抗磨粒磨损的性能，这就要求高温耐磨指标形成了耐热耐磨钢。
耐热钢在化学成分方面经合金化后提高耐热性能，而对碳量要求低碳化，含碳量高，降低耐热性。而耐热耐磨钢合金化在提高耐热性的同时对碳量要求高碳化以提高耐磨性，而碳高就降低耐热性。碳的高低对耐热与耐磨成了相互制约的因素。因此，不是所有的耐热钢都可用做耐热耐磨钢，在国家GB/T20878-2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成分中有143个牌号，只能根据工况条件选用很少牌号作为耐热耐磨钢，加上科学技术高速发展创新出现的钢种，形成水泥工业用耐热耐磨钢。
1、水泥工业常用耐热耐磨的部件 水泥工业常用耐热耐磨钢部件见表1。
表1 水泥工业常用耐热耐磨钢部件
设备名称 预热器 回转窑 篦冷机 其它 内筒挂板、翻板阀、撒料盘、闸板、楔板 窑口护板、窑尾护板、下料水口、下料管、煤粉燃烧器喷燃管头部、窑尾高温风机叶片 篦冷机篦板、护板、盲板、锤头、栅条 耐热耐磨齿滚、选粉机撒料盘板 部件名称 回转窑烧成的熟料温度高达1350-1400℃。熟料从窑口输送到篦冷机当降至40-70℃进入熟料库，经配料后进入球磨机粉碎，制成水泥。回转窑内高温传导至窑口护板的温度约为1100-1150℃。窑口护板对保持热稳定性、热强度及高温抗磨性能的要求很高。
熟料落在经篦冷机篦床下鼓入冷却风的篦板上，熟料由1350-1400℃降至1150℃左右，此区为篦冷机的高温区。熟料在篦板的推动下运行，继续降温到600-700℃的中温区，运行到出料口时降温至400-100℃的低温区。篦板要求热稳定性及热强度高，也要求高温抗磨性磨损性能也高以低抗高温熟料在运行中的凿削磨损。篦冷机由于熟料在运行中不断降温而形成高、中、低温三区，因而可以根据三区的不同工作温度分区选材。
回转窑预热器对耐热耐磨的要求也很高，温度波动区间范围很大。内筒是预热器的关键部件，内筒挂板C1-C3段温度不超过700℃，而C4、C5段在700℃以上，短时间甚至到1050℃，内筒在承受高温情况下且受物料冲刷而形成凿削磨损，因此要求用较好的耐热耐磨钢使用寿命才能长。
回转窑煤粉燃烧器喷射火焰的正常与稳定是对水泥熟料烧成质量的保障。耐燃烧器喷燃管头部在喷出燃料变成火焰后而受到燃烧的冲刷及接近火焰所形成的1100℃工作温度，极易烧坏。因此要选用优良的耐热耐磨材料是喷燃管头部的关键。
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作者简介：王定祥，男，教授级高级工程师。原青岛市机械研究所教授级高级工程师及河北省唐山水泥机械厂主任工程师。中国金属学会耐磨材料学术委员会特邀委员、中国机械工程学会磨损失效分析及抗磨技术委员会荣誉委员及中国机械工程师学会失效分析专家、华中科技大学青岛校友会名誉会长。研制的“中合金变质耐磨铸钢”获发明专利。发表七十多篇论文，参编“耐磨材料应用手册”一书。荣获全国优秀技协积极分子及市劳动模范光荣称号。从事金属热处理、加热炉以及耐磨材料的研究、应用以及开发工作。
窑尾高温风机主要表现在叶轮磨损，在400℃工作环境下，由速度高达10-150m/s的粉尘颗粒气流冲刷凿削叶轮。叶片失效时边缘部分被磨穿，叶片凿削出肉眼可见很深的犁沟。因此要选择最高工作温度400℃以上的耐热耐磨钢。
2、国内部分耐热耐磨钢
1）、建材行业常用耐热耐磨钢反映在行业JC/T880-2001水泥工业用耐热钢铸件上，牌号与化学成分列如表2，组织类型、力学性能与热处理状态例如表3，特性与用途例如表4，JC/T880-2001标准与国家标准、国际标准及部分国外标准对照表如表5。JC/T880-2001标准牌号仅8个，品种少，最高使用温度为1200℃及最高使用温度为700℃的品种均没有，显得不够用。
表2 牌号与化学成分
化学成分（W%） 序号 牌号 C 0.30 0.30 0.20 0.30 0.30 0.30 0.35 0.30 Si 1.00 1.00 1.00 1.30 1.00 1.00 1.00 1.50 Mn 0.50 -1.00 0.50 -1.00 0.50 -1.00 0.80 -1.50 ≤2.00 ≤2.00 ≤2.00 0.50 -1.50
表3 组织类型、力学性能与热处理状态
序号 1 2 3
Cr 12.00 -14.00 27.00 -30.00 24.00 -28.00 23.00 -25.50 21.00 24.00 24.00 17.00 Ni ≤ 1.00 1.00 4.00 -6.00 7.00 -8.50 9.00 11.00 19.00 23.00 Mo ≤ 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 N ≤ -- -- --- 0.20 -0.28 -- -- -- -- P ≤ S ≤ 1 2 3 4 5 6 7 8 ZG40Cr13Si2 ZG40Cr28Si2 ZG30Cr26Ni5Si2 ZG35Cr24Ni7Si2MnN ZG40Cr22Ni10Si2Mn ZG40Cr25Ni12Si2Mn ZG40Cr25Ni20Si2Mn ZG35Cr18Ni24Si2Mn -0.50 -2.50 -0.50 -2.50 -0.40 -2.00 -0.40 -2.00 -0.50 -2.50 -0.50 -2.50 -0.45 -2.50 -0.40 -2.50 0.040 0.030 0.040 0.030 0.040 0.030 0.040 0.030 0.040 0.030 0.040 0.030 0.040 0.030 0.035 0.030 -23.00 -11.00 -27.00 -14.00 -27.00 -22.00 -20.00 -26.00 组织类型 铁素体 铁素体+ 屈服强度 σ0.2MPa -- -- -- 抗拉强度 σbMPa -- -- ≥590 延伸率 δ5% -- -- -- 布氏硬度 HB ≤300 ≤320 -- 热处理状态 退火 铸态 百铸网www.baizhuwang.com 4 5 6 7 8 奥氏体 ≥340 ≥230 ≥220 ≥220 ≥195 ≥540 ≥450 ≥450 ≥450 ≥390
≥12 ≥8 ≥6 ≥6 ≥5 -- -- -- -- -- 奥氏体 表4 特性与用途
序号 1 2 3 4 5 最高使用温度 ℃ 850 1050 1050 1100 950 特性与用途 高温强度低，可用于悬浮预热器低温区段内筒。 抗氧化性能好，适用于无强度要求的炉用物件。 承载时可用于650℃，轻负荷时可用1050℃，在650℃～ 670℃之间易析出σ相，可用于篦冷机低温区篦板、盲板。 抗氧性能好，可用于回转窑窑尾护板。 基本上不形成σ相，可用于单冷机扬料装置的铸件。 高温强度高，抗氧化性能好，在规定成分范围内基本是单 6 1100 相奥氏体，有时也含有少量铁素体，不适于温度急剧变化 的环境，可用于篦冷机高温区篦板、盲板。 7 1150 具有较高的蠕弯和持久强度，抗高温气体腐蚀能力强可用 于篦冷机高温区篦板，回转窑窑口护板。 具有较高的蠕变和持久强度，基本上不析出σ相，适用于 长期高温负载零件。 8 1100 注：1、最高使用温度取决于实际情况，表中数据仅供参考，表中数据为氧化气氛中的数值，合金的实际含量也对最高使用温度产生影响。
2、表中数据供各牌号材料间进行比较，在实际选用材料时，应考虑实际使用条件包括环境的组成及所受的负荷。
表5 JC/T880-2001标准与国家标准、国际标准及部分国外标准对照表
名称 序号 JC/T880-2001 ZG40Cr13Si2 ZG40Cr28Si2 ZG30Cr26Ni5Si2 GB 8492 -- ZGCr28 ZG30Cr26Ni5 ISO 11973 GX40CrSi13 GX40CrSi28 GX40CrNiSi27-4 -- GX40CrNiSi22-10 GX40CrNiSi25-12 GX40CrNiSi25-20 ASTM297 JISG5122 -- HC HD -- HF HH HK SCH3 SCH2 SCH11 -- SCH12 SCH13 SCH21 DIN 7465 G-X40CrSi13 G-X40CrSi29 G-40CrNiSi74 -- G-X25CrNiSH89 G-X40CrNiSi2512 G-X40CrNiSi2520 1 2 3 4 5 6 7
ZG35Cr24Ni7Si2MnN ZG35Cr24Ni7SiN ZG40Cr22Ni10Si2Mn ZG40Cr25Ni12Si2Mn ZG40Cr25Ni20Si2Mn ZG30Cr20Ni10 ZG35Cr26Ni12 ZG40Cr25Ni20 百铸网www.baizhuwang.com 8
ZG35Cr18Ni24Si2Mn ZG35Ni24Cr18Si2 -- HN SCH19 2）一般用途耐热耐磨钢
一般用途耐热耐磨钢可以从国家标准GB/T8492-2002一般用途耐热铸钢和铸造合金的牌号与化学成分选用，一般作用耐热铸钢和铸造合金的牌号与化学成分见表6。一般用途耐热铸造钢和铸造合金的力学性能见表7。用途见表8。GB/T8492-2002标准牌号26个，品种较多、用途广泛、力学性能指标全面，仍然可以为水泥工业参考选用。
表6 一般用途耐热铸钢和铸造合金的牌号与化学成分（质量分数）（%）
牌号和代号 序号 GB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ZG30Cr7Si2 ZG40Cr13Si2 ZG40Cr17Si2 ZG40Cr24Si2 ZG40Cr28Si2 ZGCr29Si2 ZG25Cr18Ni9Si2 ZG25Cr20Ni14Si2 ZG40Cr22Ni10Si2 ISC C Si Mn ≤ ≤ ≤0.50 ≤1.00 ≤1.00 ≤1.00 ≤1.00 ≤1.00 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 -- -- -- -- -- -- -- -- -- Nb1.20 10 ZG40Cr24Ni24Si2Nb1 C53831 0.25-0.50 1.00-2.50 ≤2.00 0.04 0.03 23.0-25.0 23.0-25.0 ≤0.50 -1.80 11 12 13 ZG40Cr25Ni12Si2 ZG40Cr25Ni12Si2 ZG40Cr27Ni4Si2 C53881 0.30-0.50 1.00-2.50 C53901 0.30-0.50 1.00-2.50 C54890 0.30-0.50 1.00-2.50 ≤2.00 ≤2.00 ≤1.50 0.04 0.03 24.0-27.0 11.0-14.0 0.04 0.03 24.0-27.0 19.0-22.0 0.04 0.03 25.0-28.0 3.00-6.00 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 -- -- -- Co18.0-22.0 14 ZG45Cr20Co20Ni20MoW3 C53960 0.35-0.60 ≤1.00 ≤2.00 0.04 0.03 19.0-22.0 18.0-22.0 2.50-3.00 W2.00-3.00 15 16 17 18 19 20 21 ZG10Ni31Cr20Nb1 ZG40Ni35Cr17Si2 ZG40Ni35Cr26Si2 ZG40Ni35Cr26Si2Nb1 ZG40Ni38Cr19Si2 ZG40Ni38Cr19Si2Nb1 C53961 0.05-0.12 ≤1.20 ≤1.20 ≤2.00 ≤2.00 ≤2.00 ≤2.00 ≤2.00 ≤1.50 0.04 0.03 19.0-23.0 30.0-34.0 0.04 0.03 16.0-18.0 34.0-36.0 0.04 0.03 24.0-27.0 33.0-36.0 0.04 0.03 24.0-27.0 33.0-36.0 0.04 0.03 18.0-21.0 36.0-39.0 0.04 0.03 18.0-21.0 36.0-39.0 0.04 0.03 27.0-30.0 47.0-50.0 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 -- Nb0.80-1.50 -- -- Nb0.80-1.80 -- Nb1.20-1.80 W4.00-6.00 N≤0.16 22 ZNiCr50Nb1C0.1 C94004 ≤0.10 ≤0.50 ≤0.50 0.02 0.02 47.0-52.0 余量 ≤0.50 N+Co≤0.20 Nb1.40-1.70 23 ZNiCr19Fe18Si1C0.5 C94001 0.40-0.60 0.50-2.00 ≤1.50 0.04 0.03 16.0-210 50.0-55.0 ≤0.50 -- P S Cr Ni Mo 其他 C54804 0.20-0.35 1.00-2.50 0.50-1.00 0.04 0.04 6.00-8.00 C54820 0.30-0.50 1.00-2.50 0.50-1.00 0.04 0.03 12.0-14.0 C54830 0.30-0.50 1.00-2.50 0.50-1.00 0.04 0.03 16.0-19.0 C54834 0.30-0.50 1.00-2.50 0.50-1.00 0.04 0.03 23.0-26.0 C54900 0.30-0.50 1.00-2.50 0.50-1.00 0.04 0.03 27.0-30.0 C54901 1.20-1.40 1.00-2.50 0.50-1.00 0.04 0.03 27.0-30.0 C53801 0.15-0.35 1.00-2.50 C53821 0.15-0.35 1.00-2.50 C53871 0.30-0.50 1.00-2.50 ≤2.00 ≤2.00 ≤2.00 0.04 0.03 17.0-19.0 8.00-10.0 0.04 0.03 19.0-21.0 13.0-15.0 0.04 0.03 21.0-23.0 9.00-11.0 C53931 0.30-0.50 1.00-2.50 C53941 0.30-0.50 1.00-2.50 C53942 0.30-0.50 1.00-2.50 C53951 0.30-0.50 1.00-2.50 C53952 0.30-0.50 1.00-2.50 ZNiCr28Fe17W5Si2C0.4 C94003 0.35-0.55 1.00-2.50
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