高鉻合金鑄鐵，因其耐熱耐磨性能好，廣泛用于各大鋼鐵公司的高爐設(shè)備。但由于其脆性大，無論在鑄造還是在熱處理過程中、極易斷裂。據(jù)我們過去統(tǒng)計，在熱處理時，尺寸約在1000毫米×500毫米×25毫米以下的中小型襯板廢品率一般在10～15%，尺寸在此以上的大襯板最高時甚至達(dá)到50%左右。由于規(guī)格繁多，幾何形狀多樣，生產(chǎn)難度較大，每年的平均廢品率一般都在16%左右。走訪過一些單位，大家都認(rèn)為襯板開裂的原因很多，與其鑄造內(nèi)在質(zhì)量、外觀質(zhì)量、尺寸大小、幾何形狀、化學(xué)成分等多種因素有關(guān)。但我們認(rèn)為主要是熱處理加熱和冷卻條件。這種襯板在加熱和冷卻過程中體積變化特別突出。加熱時其體積增大，而冷卻時體積縮小。對同一塊襯板來說，加熱速度過快，體積增大速度上下不一，造成較大應(yīng)力，導(dǎo)致開裂。襯板在砂箱中擺放過擠，受熱后體積增大受到限制，也會迫使它以開裂方式釋放體積變化受阻產(chǎn)生的應(yīng)力。開裂最多是在出爐后，襯板在砂箱中以空氣風(fēng)冷時，邊緣冷卻快，體積大幅度收縮，而中部不易冷卻，其紅熱部分收縮量滯后，中部阻止外部收縮，這時中部承受邊緣施加的壓應(yīng)力，而邊緣收縮受阻承受很大的拉應(yīng)力，而襯板的韌性又較低，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定極限后，外部邊緣以開裂形式來釋放應(yīng)力。這時如注意觀察會發(fā)現(xiàn)，裂紋通常起源于襯板冷得最快的長邊中段某處,因為這里的應(yīng)力聚集最大，開口裂得較寬，裂口端部可達(dá)3～4毫米，當(dāng)中部隨時間延長逐漸降溫收縮后，邊緣與中部的收縮量接近一致，裂口便閉合在一起，然而，很長的裂紋已經(jīng)產(chǎn)生，甚至斷開。
所以我們認(rèn)為冷卻和加熱過程中，在同一塊襯板上的溫度一致性，是保證襯板不裂的決定性因素。裂因明確后，在加熱過程中，我們采取逐步升溫、均溫的方法，這與老方法基本相同，目的使同一塊襯板均勻受熱，各部分膨脹系數(shù)基本一樣，但必須注意要將大襯板擺放在寬松的工裝或砂箱內(nèi)，讓其可以有足夠的空間膨脹。這樣通?？梢员ＷC襯板在爐中不裂。襯板出爐時是最關(guān)鍵的步驟。冷卻速度的快慢決定著硬度的高低，而同一塊襯板上如何均溫冷卻，決定著裂與不裂。為此，我們做了大量的工作，用風(fēng)吹、向中部噴水霧，但都不具備良好的可操作性，尤其是噴水霧，盡管可以使硬度提高、開裂率下降，但對操作者的要求太嚴(yán)，不能有任何粗心大意，在生產(chǎn)實際中很難實施，只能停留在實驗中。最后，我們采取分批單件散開，即在臺車爐加熱襯板出爐時，迅速將其中的一砂箱吊離爐底板，并立刻一塊一塊散開空冷。為防止臺車上的襯板出爐后，邊緣與其中部隨時間延長造成較大溫差，一定要及時將臺車開進(jìn)爐內(nèi)均溫，均溫時不送電、爐門可以不全關(guān)。目的是防止襯板邊沿變暗或使已稍變暗的邊沿回溫，以保證其均溫效果。第一批散開后，再出第二批砂箱，如此直到全爐襯板出完。最后一批出爐的襯板，溫度一般控制在儀表顯示760℃以上，其硬度值不受影響。這樣便解決了襯板均溫快速冷卻的問題。這一方法效果非常明顯，不僅不易出現(xiàn)開裂，而且襯板中部與邊緣基本同時冷卻，冷卻過程中各處的體積收縮速度趨于一致，產(chǎn)生的熱應(yīng)力也很小。更大的優(yōu)點是襯板硬度各處一致，避免了在砂箱中冷卻時，襯板的硬度邊緣只能勉強(qiáng)合格、中部則往往嚴(yán)重偏低的問題。由于散開后冷卻速度加快，其硬度值也得以顯著提高，2號襯板一般達(dá)到58～64HRC, 6號襯板達(dá)到54～60HRC，均達(dá)到技術(shù)要求。特別要提的是我們通過科學(xué)分析、實驗驗證后認(rèn)為：均溫冷卻過程中殘留應(yīng)力很小，傳統(tǒng)的低溫回火又對這種高鉻鑄鐵的機(jī)械性能幾乎不產(chǎn)生作用，所以在新工藝方法中，將通常認(rèn)為“必不可少的回火工藝”省去。這樣在襯板熱處理質(zhì)量不受影響的同時，還使工藝周期大大縮短，生產(chǎn)效率得到提高。
附1：高鉻鑄鐵襯板熱處理新工藝
采用(2×5m2)650kw臺車式電阻爐加熱襯板：200℃以下裝爐，階梯升溫，200℃保溫1小時；350℃保溫1.5小時；500℃保溫1小時；650℃保溫1.5小時；960℃保溫2～2.5小時；停爐；分批出爐空冷，迅速全部散開。
注釋：
1、硬度值與960℃保溫時間有關(guān)，不宜過短。
2、季節(jié)對本工藝有一定的影響。出爐時，氣溫越低，散開襯板的速度應(yīng)當(dāng)越快。冬季出爐前，可先停電降溫至900～920℃左右，然后出爐，這樣可以讓襯板在爐內(nèi)有個緩慢適應(yīng)降溫的過程，并減輕爐內(nèi)溫度與環(huán)境溫度差別過大的影響，減少因散開不夠及時造成的開裂。
3、以上工藝的改進(jìn)，關(guān)鍵在出爐方式，尤其對較寬大的襯板，單件散開速度必須快，否則中部冷卻滯后于邊沿，極易開裂。
附2：新、老工藝生產(chǎn)的廢品率統(tǒng)計分析對比
表1 2003年 耐磨高鉻鑄鐵襯板廢品率統(tǒng)計分析
Table 1 Statistics & analysis on the rate of waste product for wear-resistance & High-chromium Iron Cast Liner Plate in 2003
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月份
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熱處理工藝
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產(chǎn)量（噸）
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廢品量（噸）
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廢品率（%）
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廢品主要原因分析
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備注
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1
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老工藝： 將襯板階梯升溫至 960℃х2h出爐，在砂箱或工裝架上空冷或風(fēng)冷約1小時后，280~300℃回火5小時。
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57.540
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8.200
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14.25
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空冷過程中，同一塊襯板上冷熱不均。中部冷卻慢，導(dǎo)致硬度偏低，邊沿冷卻相對快，導(dǎo)致開裂。低溫回火對防裂和硬度無明顯影響。
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對老工藝進(jìn)行觀察分析階段，找出了開裂產(chǎn)生的原因。
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2
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91.700
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9.260
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10.10
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3
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76.380
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13.480
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17.65
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4
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老工藝：960℃出爐后，空冷的同時對砂箱中部紅熱部分采取噴水霧促使均勻降溫。
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97.910
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8.690
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8.88
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噴水霧可以提高硬度，控制得好、開裂率能夠下降，但操作要求嚴(yán)、不宜掌握，難以實施。
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試驗噴水霧階段。
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5
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114.534
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5.466
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4.77
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較好地控制噴霧，能夠達(dá)到廢品率≤5%的目標(biāo)。
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6
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本月中旬試行散開空冷新工藝。
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82.433
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3.829
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4.64
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仍以噴水霧措施為主。
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7
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7月起正式執(zhí)行新工藝，與老工藝相比，新工藝適當(dāng)縮短了升溫加熱總時間，960℃ 出爐后，襯板全部散開空冷，使同一塊襯板能夠快速均勻降溫，保證了硬度值穩(wěn)定提高，由于大大減輕了冷熱不均產(chǎn)生的熱應(yīng)力，故而省去了回火工藝，且產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率同時大幅度提高。
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82.660
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0.406
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0.49
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嚴(yán)格按新工藝執(zhí)行后，廢品率明顯降低，可以非常有把握地控制在公司要求的5%以下。但10月內(nèi)，由于天氣變冷、重視不夠，加之大襯板（每塊300kg以上）較多、工裝吊具不配套、散開不夠及時等原因，曾出現(xiàn)一爐開裂6塊大襯板的現(xiàn)象。重視后，11月內(nèi)，改變大襯板工裝吊具，并適當(dāng)降溫后出爐，廢品率得以控制。
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新工藝帶來的效果，令人十分滿意。
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8
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82.433
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0.807
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0.98
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9
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55.203
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0.451
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0.82
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10
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69.332
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3.364
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4.85
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工裝吊具不配套、散開不夠及時。
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11
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59.612
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0.847
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1.42
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恢復(fù)到滿意狀態(tài)。
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12
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68.167
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0.358
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0.53
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7~12月執(zhí)行新工藝的產(chǎn)量、質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果。
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417.407
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6.233
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1.49
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結(jié)論：執(zhí)行新工藝半年，總廢品率為1.49% 。遠(yuǎn)低于公司要求的5％指標(biāo)。
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通過近幾年的生產(chǎn)實踐，截止目前，尚未發(fā)現(xiàn)省去回火工藝對質(zhì)量有任何影響，廣大用戶對我公司的產(chǎn)品使用壽命非常滿意。實踐證明：使用本工藝進(jìn)行襯板熱處理，硬度質(zhì)量可達(dá)100%合格、開裂廢品率可以非常有把握地控制在1. 5%以下，從而解決了襯板熱處理開裂量大的難題。
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