港口耐磨衬板技术报告

1、项目技术报告港口耐磨衬板选型与采购标准制定项目技术报告一、试验结果从衬板厚度、显微组织与成分分析、硬度、磨粒磨损和冲蚀磨损等角度，重点对邀请测评厂家的衬板进行分析。1.1 衬板及其耐磨层厚度用游标卡尺及三维坐标仪对耐磨衬板的厚度及其堆焊层厚度进行测量，结果如表 1衬板及其耐磨层厚度所示。从表 1可以看出，各厂家提供的衬板厚度不尽相同。衬板耐磨层的厚度是决定其耐磨性的重要指标。在耐磨衬板选型采购过程中，应对耐磨衬板的厚度进行严格要求，保证衬板的服役周期。本项目将结合其他试验结果，在试验室条件下根据耐磨衬板的厚度和类型预测耐磨衬板的使用寿命。为了保证衬板的服役寿命，应保证其厚度在采购标准要求范围内

2、误差控制在0.5 mm。表 1衬板及其耐磨层厚度样品10#11#12#13#14#总厚度15.3314.7215.813.8716.38堆焊层厚/8.70/6.80样品15#16#17#18#20#总厚度14.6516.3315.1816.19-19.82堆焊层厚7.508.60/注：/表示不含此项。1.2 显微组织及成分测定对衬板试样的显微组织观察，图 1为金相显微组织图片，图 为各试样能谱谱线图。从图中可以看出，试样12#、14#、15#、16#为典型的高碳高铬合金，其显微组织主要有块状或棒状的M7C3碳化物及马氏体基体组成。通过查阅文献，这种M7C3碳化物有初生碳化物和共晶碳化物两类，其

3、硬度约为1800 HV，能够作为强化相，很好的抵御磨粒磨损。然而，这种高碳高铬合金的碳当量非常高，在加工成型过程中极易出现裂纹等缺陷。通过传统的铸造和轧制工艺几乎无法实现对该类材料的热加工成型。因此，高碳高铬合金通常采用堆焊的手段进行。目前常用的堆焊手段主要有明弧堆焊和埋弧堆焊两类。明弧堆焊对材料的成分要求更高，因为其要在高碳高铬合金药芯焊丝中加入一定的脱氧剂和造气剂以保证堆焊过程中焊道在高温时不被氧化。相比之下，尽管埋弧堆焊焊丝的成本要略低于明弧堆焊，但在使用过程中，需要额外添加焊剂以实现保护，工艺略复杂。然而，仅凭衬板是通过明弧堆焊还是埋弧堆焊进行加工的并不能对其耐磨性优异与否产生根本性影

4、响，其服役寿命还需根据其成分、显微组织、硬度及耐磨性而决定。试样10#、11#和13#试样为轧制和铸造的耐磨板。从显微组织可以看出，其微观结构主要有马氏体、残余奥氏体和部分贝氏体组织组成。在该类耐磨板中，马氏体对其耐磨性的贡献最为明显，而残余奥氏体主要为保证耐磨板具有一定的韧性。贝氏体是一种兼具高强度、高韧性和良好韧性的一种组织结构。通过查阅文献，国内外铸造类和轧制类的耐磨板显微结构均属于这一类。然而，微晶衬板、熔瓷衬板和陶瓷衬板没有与金属衬板类似的组织结构，无法通过腐蚀观察其组织特征。故在本部分内容中没有体现。 10# 11# 12# 13# 14# 15# 16#图 1各试样金相显微组织图

5、由图 2各试样的能谱谱线图中元素成分所占质量百分比的高低可知，耐磨衬板的主要化学元素主要有Fe、Cr、C、Mn、Si等元素组成。然而，各试样中元素含量有一定差别。峰值高的为占比大的元素，峰值低的为占比小的元素。非金属衬板的性能不能通过成分进行表征，因此，成分测定未对非金属衬板进行测试。10#11#12#13#14#15#16#图 2各试样能谱谱线图通过对各试样的成分分析得出，各类衬板试样中所含其它元素的百分比含量，如表 2、表 3和表 4所示。表 2堆焊试样主元素含量表（%）元素CSiCrMnFe12#（堆焊）5.051.0827.112.09Bal.14#（堆焊）5.121.1633.712

6、.52Bal.15#（堆焊）4.660.324.88-Bal.16# (堆焊)5.940.8427.12.31Bal.注：-表示试样不含此项元素表 3轧制试样主元素含量表（%）元素CSiCrMnFe10#0.461.551.241.59Bal.表 4铸造试样主元素含量表（%）元素CSiCrMnFe11#1.062.111.31.75Bal.13#2.661.342.351.00Bal.通过对比上述成分，确定采购的衬板化学成分应不低于表 5中数值。表 5耐磨衬板化学成份建议值（%）元素CSiCrMnFe堆焊3.0-5.50.5-1.523.0-30.01.5-2.5Bal.轧制0.4-0.61.

7、5-2.01.0-1.51.5-2.5Bal.铸造0.5-0.81.8-2.11.5-4.51.5-2.5Bal.1.3 硬度测定分别对金属耐磨衬板试样的洛氏硬度进行测定，表 6为各试样的宏观洛式硬度图。从图中可以看出，堆焊衬板、铸造衬板和轧制衬板均保持了较高的硬度，其硬度值在 HRC 52.5到HRC 61.92之间。高的硬度是耐磨性的有效保障，从硬度结果可以看出，马氏体和M7C3碳化物均能使耐磨衬板保持高硬度特征。然而，对微晶、陶瓷和熔瓷衬板的硬度测试结果表明，其硬度值超过硬度计的量程，因此，无法测得和显示这几类衬板的准确硬度值。综合对比不同类型耐磨衬板的硬度，建议衬板的洛氏硬度应不低于H

8、RC 54。表 6衬板洛氏硬度统计结果试样10#11#12#13#14#15#16#17#18#20#洛氏硬度（HRC）61.9261.1457.8852.554.3457.2858.44/1.4 磨粒磨损试验试样经磨粒磨损试验机评价后结果如图 所示。为进行对比，采用市售高锰钢衬板作为比对试样，标号为19。从试验结果可以看出，经过一段时间的磨粒磨损，铸造试样和堆焊试样磨损面均呈现出不同程度的缺陷。铸造试样主要体现在气孔和沙眼曲线，堆焊试样主要体现在宏观裂纹。然而，仔细分析可以看出，上述缺陷的出现没有引起磨损过程中材料的额外剥落。这也就是说，材料缺陷在磨粒磨损过程中没有起到恶化材料磨损损伤的作用

9、，对耐磨衬板的磨粒磨损性能影响并不显著。 图 3 磨粒磨损后试样表面形貌为了方便对不同类型的衬板进行比较，将衬板分组，同类型衬板为一组进行比较，衬板的磨粒磨损结果如表 7-表 10所示。从表 7可以看出，堆焊衬板中12#和15#衬板的磨粒磨损性能相当，且较16#衬板弱，较15#衬板强，16#衬板的磨粒磨损性能最好。表 7 堆焊衬板纵评表厂商磨粒磨损失重（g/h）磨粒磨损失高（mm/h）12# 唐山润兴0.0330.0414# 雷发科技0.0410.0715# 博腾商贸0.0380.0516# 堆焊衬板0.0320.03从表 8可以看出，轧制、铸造衬板中10#衬板的磨粒磨损性能最好。13#衬板的

10、磨粒磨损性能最差。表 8 轧制、铸造衬板纵评表厂商磨粒磨损失重（g/h）磨粒磨损失高（mm/h）10# 渤海燕大（轧）0.2380.1511# 渤海燕大（铸）0.2810.1813# 天茅三维（铸）0.5370.39从表 9可以看出，相比之下，熔瓷、陶瓷衬板中20#陶瓷衬板的磨粒磨损性能优于18#熔瓷衬板的磨粒磨损性能，总体和堆焊衬板磨粒磨损性能相当。表 9 熔瓷、陶瓷衬板纵评表厂商磨粒磨损失重（g/h）磨粒磨损失高（mm/h）18# 熔瓷0.0230.0320# 陶瓷0.0230.02分别采用干摩擦和水润滑环境下对微晶衬板进行评价，结果表明，干摩擦环境下，由于磨损温升导致微晶衬板磨损剧烈，而

11、在水润滑条件下，水可以实时对衬板进行降温，大大提高微晶衬板的磨损性能。也就是说，微晶衬板对磨损环境的要求较高，在保证磨损温升变化不大的环境中，其耐磨性可以得到保证。从表 10可以看出，在控制磨损温升的情况下微晶衬板磨粒磨损性能较为优异。表 10 微晶衬板纵评表厂商干摩擦环境水润滑环境磨粒磨损失重（g/h）磨粒磨损失高（mm/h）磨粒磨损失重（g/h）磨粒磨损失高（mm/h）17# 派浮商贸0.0920.210.0430.08通过观察研究上述衬板的磨粒磨损性能与失重的结果，我们能验证出各个试样摩擦磨损性能的相对优劣。通过对比耐磨衬板在磨粒磨损工况的单位失高与单位失重，我们认为，采用磨损失高作为其

12、磨粒磨损性能的评价指标与真实工况较为类似。1.5 冲蚀磨损试验评价在对耐磨衬板进行磨粒磨损评价的基础上，对耐磨衬板的冲蚀磨损进行评价。前期的工艺摸索试验表明，试验衬板受冲蚀的部位形成倒锥形凹坑。因此，可通过对试验衬板的失重、凹坑最深点所在截面轮廓进行分析，对衬板的抗冲蚀磨损性能进行评定，堆焊衬板、结果如表 11-表 14所示。从表 11可以看出，堆焊衬板中14#和15#衬板的冲蚀磨损性能相当，其冲蚀磨损性能略低于12#和16#衬板。相比之下，16#衬板的冲蚀磨损性能最好。表 11 堆焊衬板纵评表厂商冲蚀磨损失重（g/h）冲蚀磨损失面积（mm2/h）12# 唐山润兴11.40100.9914#

13、雷发科技11.88120.8615# 博腾商贸11.88108.8816# 堆焊衬板9.0067.47从表 12可以看出，轧制、铸造衬板中10#衬板的冲蚀磨损性能较强，11#和13#衬板的冲蚀磨损性能相对较弱，11#冲蚀磨损性能最弱，其冲蚀磨损失重指标较好主要是由于衬板中有气孔等铸造缺陷，因此经过相同时间的磨损，其失重量保持在较为优秀的等级。与堆焊衬板相比，轧制、铸造衬板的硬度更高，然而，在冲蚀磨损工况比较恶劣的场合，其高硬度的优越性并不能带来其冲蚀磨损性能的明显提高。表 12 轧制、铸造衬板纵评表厂商冲蚀磨损失重（g/h）冲蚀磨损失面积（mm2/h）10# 渤海燕大（轧）12.9692.73

14、11# 渤海燕大（铸）11.1698.5713# 天茅三维（铸）12.84101.66表 13可以看出，熔瓷、陶瓷衬板中18#熔瓷衬板冲蚀磨损性能优异，20#陶瓷衬板冲蚀磨损性能弱。由于熔瓷衬板内有陶瓷柱作为增强相，其耐冲蚀磨损性能表现出较高的水平，同时陶瓷衬板脆性大也降低了陶瓷衬板的冲蚀磨损性能。表 13 熔瓷、陶瓷衬板纵评表厂商冲蚀磨损失重（g/h）冲蚀磨损失面积（mm2/h）18# 熔瓷8.2877.1820# 陶瓷5.28100.17从表 14可以看出，在干摩擦环境中，微晶衬板的冲蚀磨损性能较堆焊类、轧制铸造类、熔瓷陶瓷类衬板冲蚀磨损性能要差，且差距较大。然而，由于试验设备的局限性，无

15、法在水润滑降温环境中对微晶衬板进行有效评价。表 14 微晶衬板纵评表厂商冲蚀磨损失重（g/h）冲蚀磨损失面积（mm2/h）17# 派浮商贸88.201159.691.6 抗冲击性能试验评价试样经120锥形金刚石压头，采用1471N加载力对各个试样进行加载压入，保压10s后，在三维表面测量仪（GFM）上观测结果如图 4和图 5所示。通过比较压痕我们从图中可以看出，微晶衬板的3处压痕呈完全崩裂非韧性压痕（打到第4或第5处时衬板将完全崩裂），而陶瓷衬板的5处压痕全部呈现出不完全崩裂式的非韧性压痕即在压痕处产生裂纹，而考虑到熔瓷衬板是由熔瓷部分与基体部分组成，为此按照相对比例制造压痕，在熔瓷部分处压痕

16、大小虽然不大但均属于非韧性压痕而基体部分压痕均属于内陷式韧性压痕，堆焊衬板由于在焊层处常常出现应力集中的现象所以切割出来的衬板往往有裂纹出现，当外力作用在裂纹出时将会出现完全崩裂的非韧性压痕而在堆焊衬板的其余部分压痕全部为内陷式韧性压痕，轧制衬板与铸造衬板的压痕全都为内陷式韧性压痕。1号轧制衬板2号堆焊衬板3号铸造衬板4号堆焊衬板5号轧制衬板6号堆焊衬板7号堆焊衬板8号堆焊衬板9号堆焊衬板10号轧制11号铸造12号堆焊13号铸造14号堆焊15号堆焊16号堆焊17号微晶18号熔瓷18号熔瓷基体20号陶瓷图 4压痕宏观形貌1号轧制2号堆焊3号铸造4号堆焊5轧制6号堆焊7号堆焊8号堆焊9号堆焊10号

17、轧制11号铸造12号堆焊13号铸造14号堆焊15号堆焊16号堆焊17号微晶18号熔瓷18号熔瓷基体20号陶瓷图 5压痕全息高度图通过图5压痕全息高度图亦可以得到类似的结果。相比之下，陶瓷衬板和微晶衬板的抗冲击性较差。对上述结果进行综合整理，分类归纳统计各类型衬板的核心性能指标，得到以下采购建议，如Error! Reference source not found.-Error! Reference source not found. 所示。表 15 磨粒磨损性能分级对照表级别磨粒磨损失高（mm/h）符合要求衬板编号（#）占比（%）堆焊轧制铸造陶瓷熔瓷微晶A10.02205%A20.0316 4

18、 81820%A30.0412 910%A40.0515 2 715%A50.0814 1710%A60.15610 515%A70.20115%A80.25115%A90.3035%A100.3013 1910%表 16冲蚀磨损性能分级对照表级别冲蚀磨损失面积(mm2/h)符合要求衬板编号（#）占比（%）堆焊轧制铸造陶瓷熔瓷微晶S1600%S270165%S380185%S4902 910%S5100610 11 120%S611012 15 13 32025%S71208 5%S813014 7 515%S91404 5%S10140191710%1.7 采购标准的验证试验室加速摩擦磨损试

19、验结果是评价耐磨衬板质量和服役时间最为直接的考评参考。为了验证结论的可靠程度，我们将送评的耐磨衬板和各公司现场随机选取的未知厂家的衬板就磨粒磨损性能和冲蚀性能进行验证性补充试验。以保证衬板采购要求的准确性。为了验证衬板总厚度要求，对1#-20#（除19#）衬板进行验证，如表 17所示。表 17衬板及其耐磨层厚度1#2#3#4#5#总厚度16.2016.7416.1215.8811.95堆焊层厚8.21 8.30 6#7#8#9#10#总厚度14.4516.6812.5816.1915.33堆焊层厚6.139.977.089.72-11#12#13#14#15#总厚度14.7215.813.87

20、16.3814.65堆焊层厚-8.70-6.807.5016#17#18#20#总厚度16.3315.1816.1919.82堆焊层厚8.60-为了验证衬板洛氏硬度要求，对1#-20#（除19#）衬板进行验证，如表 18所示。表 18衬板及其耐磨层洛氏硬度(HRC)1#2#3#4#5#洛氏硬度57.4663.3256.1062.3842.906#7#8#9#10#洛氏硬度49.5861.2259.5059.8861.9211#12#13#14#15#洛氏硬度61.1457.8852.5054.3457.2816#17#18#20#洛氏硬度58.44-为了验证衬板磨粒磨损性能要求，对1#-20#

21、（除19#）衬板进行验证，如图 6、图 所示。图 6试样失高量曲线图 7试样每小时平均失高量为了验证衬板冲蚀磨损寿命要求，对1#-20#（除19#）衬板进行验证。由图 可以看出，不同衬板在未进行冲蚀磨损时、冲蚀磨损50分钟后和冲蚀磨损100分钟后表面轮廓特征值曲线和实物照片。从图 可以看出，在相同的冲蚀磨损工况下，各衬板的耐磨性有所差异。然而，总体上分析，随着磨损时间的延长，衬板表面冲蚀坑的深度逐渐加深。（a）(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)(k)(l)(m)(n)(o)(p)(q)(r)(s)图 8各试样冲蚀磨损形貌图对冲蚀磨损后衬板的轮廓面积进行统计，结果如图 9所示

22、。结果表明，冲蚀磨损工况下，耐磨衬板的性能与工艺相关性不大，除（干摩擦环境下）17#微晶材料耐磨衬板外，其余均满足采购标准要求。图 9凹坑冲蚀磨损性能对比图1.8 衬板选型标准确定对磨粒磨损和冲蚀磨损试验结果进行比对发现，不同类型衬板的磨粒磨损性能存在较大的差异性，不同类型衬板的冲蚀磨损性能差异性不大。如图10所示。从图中可以看出，熔瓷、陶瓷衬板磨粒磨损性能好，但陶瓷的抗冲击性能较差；堆焊类衬板磨粒磨损性能较好，冲蚀磨损性能和铸造、轧制类衬板差异性不大；铸造、轧制类磨粒磨损性能较差；微晶类衬板在干摩擦环境下磨粒磨损性能和冲蚀磨损性能都较差，但在摩擦升温不大的工况中，其磨粒磨损性能表现出较为优异

23、的水平。然而， 值得注意的是， 轧制和铸造工艺制备的衬板为整体衬板， 其寿命取决于衬板的厚度，磨损寿命的均匀性较好。而堆焊衬板的寿命则主要取决于耐磨层的厚度，而非整体厚度。因此，在选型时考虑到衬板厚度带来的影响，堆焊类衬板的整体磨粒磨损性能会有所降低。图 10 衬板选型图1.9 对不同类型衬板寿命的考虑对磨粒磨损和冲蚀磨损试验结果进行比对发现，不同类型衬板的磨粒磨损性能差异显著性较大。然而，考虑到轧制衬板与铸造衬板材质均匀，抗磨损及抗冲击性能在整个寿命周期基本保持不变，而堆焊衬板分为堆焊层与基板两部分，堆焊层磨损掉之后，基板抗磨性能将有极大下降。这也就是说，应当考虑堆焊衬板基体材料抗磨粒磨损性

24、能极差的特性。为此，我们根据衬板的厚度信息，对各类衬板进行相对寿命的综合性能评价，其结果如图11所示。图 11 衬板试样的相对磨损寿命图综合衬板厚度信息可以发现，堆焊试件的基板层材料单位时间磨损量为1.608mm/h。因此，堆焊衬板试件的相对寿命为=焊层高度/焊层单位失高量+基板层高度/1. 608。1.10 黏煤性试验为了测量湿煤与衬板接触面间的黏合力来反映衬板黏煤性指标进行如下试验。黏煤性试验所用聚氨酯衬板、陶瓷衬板、木板、微晶衬板、金属衬板（带焊道堆焊衬板、光滑表面铸造衬板、带裂纹堆焊衬板）准备好用乙醇清洗2遍，之后用蒸馏水清洗干净，干燥后用马克笔将样块进行标记，备用。所用PVC管切成高

25、度为20mm柱体，备用。选取7块不同材料的衬板置入高低温箱中，并将环境温度调整为零下40度；将细煤粉与水混合以模拟港口煤料运输时状况；将煤水混合物置入PVC管并将其放置在衬板上，为加速试验，将衬板连同注入煤粉的PVC管一同置入零下40度环境箱4h；取出衬板放在试验台上并固定，采用测力计拉拽PVC管以测试其与衬板的结合性。试验原理如图12所示。图12 试验原理图表19-表25为不同材料黏合力试验记录表，图13-图19为不同材料黏合力试验结果图。 聚氨酯衬板表 19衬板煤炭堆积黏合力模拟试验表（N）类别123平均值聚氨酯衬板109.00116.30131.80119.03 聚氨酯衬板冻煤试样的黏合

26、性测试 聚氨酯材料情况下断裂面图13 聚氨酯材料试验结果展示图 陶瓷衬板表20衬板煤炭堆积黏合力模拟试验表（N）类别123平均值陶瓷衬板153.75152.40155.10153.75 陶瓷衬板冻煤试样的黏合性测试 陶瓷材料情况下断裂面图14陶瓷材料试验结果展示图 木板表 21衬板煤炭堆积黏合力模拟试验表（N）类别123平均值木板167.40194.30122.90161.53 木板冻煤试样的黏合性测试 木板情况下断裂面图15木板试验结果展示图 微晶衬板表 22衬板煤炭堆积黏合力模拟试验表（N）类别123平均值微晶衬板224.50296.10285.50268.70 微晶衬板冻煤试样的黏合性测

27、试 微晶材料情况下断裂面图 16微晶材料试验结果展示图 堆焊衬板表 23衬板煤炭堆积黏合力模拟试验表（N）类别123平均值带裂缝衬板201.60191.50193.60195.60 带裂缝衬板冻煤试样的黏合性测试 带裂缝衬板材料情况下断裂面 图17带裂缝衬板材料试验结果展示图表 24衬板煤炭堆积黏合力模拟试验表（N）类别123平均值带焊道衬板208.2180.8289.0226.0 带焊道衬板冻煤试样的黏合性测试 带焊道衬板材料情况下断裂面图 18带焊道衬板材料试验结果展示图 铸造衬板表 25衬板煤炭堆积黏合力模拟试验表（N）类别123平均值光滑表面铸造衬板239.60249.10230.50

28、239.70 光滑表面衬板冻煤试样的黏合性测 光滑表面衬板材料情况下断裂面图19光滑表面衬板材料试验结果展示图衬板黏煤性试验结果如图2所示。从图中可以看出，聚氨酯衬板最不易黏煤，其次是陶瓷衬板。相比之下，金属衬板，无论光滑表面的铸造衬板亦或是带有裂纹或焊道的堆焊衬板，其黏煤性指标相差无异，均较容易黏煤。此外，最易黏煤的衬板为微晶衬板。通过分析可以判断，衬板的黏煤性指标主要取决于其导热率。金属衬板因具有相似的导热率，因此，其黏煤性相差不大。通过对金属衬板表面不同粗糙度和不同波度（宏观粗糙度）的试验对比可知，衬板表面状况对黏煤性指标的影响远远小于材料本身。图20衬板黏煤性试验结果二、现场试验试验选

29、取堆焊类衬板和轧制类衬板进行现场试验，通过失高、过煤量等参数对耐磨衬板进行寿命分析。为了能够比对不同厂家衬板的现场使用情况，进行第一次现场试验，将评测的衬板切成小块，分别进行厚度的测量后，镶嵌在九公司提供的400 mm*410 mm的耐磨衬板母板上，样板如图 21所示。图 21现场评测衬板实物照片将上述衬板于2017年1月12日安装在九公司装料线进行现场性能评测，安装现场如图 22所示。图 22安装现场照片该衬板从1月12日服役至3月7日进行拆除，共计服役53天，累计过煤量 t。拆除后照片如图 23所示。图 23服役后衬板照片从图23中可以看出，由于母板脆性较大，在服役过程中已有部分衬板被冲断

30、。因此，无法对现场数据与试验室数据进行比对。为了能够建立现场试验与实验室试验过煤量的比对关系，进行第二次现场试验。将选取4块特定衬板（2块堆焊和2块轧制）安装于试验区进行现场试验，如图 24所示。图 24第二次现场试验照片第二次现场试验共进行153天，试验从2017年5月2日开始，至2017年9月2日结束。整个试验过程在SL9的作业量共计 t，重载作业时长为1959 h。通过统计可知，在SL9作业的单位时间过煤量为2689.39 t/h。失高测量方面，主要通过游标卡尺对试验衬板四条边厚度进行选点测量，经过试验前后各边厚度数据的对比分析，从而得出在相应试验时间内，试验衬板失高量，为衬板寿命的分析

31、奠定基础。之后，现场过煤量与现场衬板失高量建立联系，并通过现场衬板的磨损寿命与实验室衬板的磨损寿命进行比较。由于现场工况较为恶劣，试验衬板不同位置单位面积过煤量不均。通过对现场试验衬板的失高情况对比，选取磨损较为严重的衬板作为评价对象以预估衬板在极端工况下的寿命，其实际安装情况如图 25所示。图 25 试验结束时衬板安装位置展示图在每条边上选取三个点进行衬板的厚度测量，如图 26、图 27所示，通过试验前后的厚度变化情况得出衬板的最大失高量。表 和表 27为轧制类衬板和堆焊类衬板试验前后的厚度变化情况统计表。图 26 实际测量标准示意图图 27 衬板三点处高度测量标准示意图表 26 轧制类衬板

32、试验前后衬板厚度变化统计表 单位：mm测量位置试验前试验后失高A117.0115.301.71A216.5013.263.24A316.397.908.49B116.6512.364.29B216.4512.503.95B316.7212.604.12C117.0115.401.61C216.9315.241.69C316.6714.721.95D116.4915.201.29D216.6815.201.48D316.4714.222.25表 197堆焊类衬板试验前后衬板厚度变化统计表 单位：mm测量位置试验前试验后失高A115.3012.183.12A216.1515.001.15A316.

33、7016.080.62B115.1612.003.16B214.9913.001.99B315.3413.801.54C115.6911.004.69C215.6414.041.60C315.5315.520.01D115.4015.180.22D215.0914.520.57D315.6414.321.32由表 和表 19可知，轧制衬板的最小失高为1.62 mm，最大失高为8.49 mm；堆焊衬板的最小失高为0.50 mm，最大失高为4.69 mm。对两类衬板进行失高对比分析，衬板的平均失高如图 28所示，衬板的平均失高，最大失高值如表 所示。图 28衬板的工作时间平均失高图表 28衬板失高

34、情况统计表类别平均失高(mm)最大失高(mm)轧制类衬板3.018.49堆焊类衬板1.674.69为了能够通过实验室加速试验预测衬板寿命，并与现场过煤量进行比对。从现场试验的轧制衬板和堆焊衬板取材，切取尺寸为10 mm*20 mm（宽*长）的样块各三块，如图 29所示。 （a） 轧制衬板样板（b）堆焊衬板样板图 29 衬板磨损试验前后试样对比试验过程中，对每类衬板进行4小时的加速寿命磨损试验，并每隔1小时对衬板的厚度进行一次测量统计，测量统计的失高结果如图30和图31所示。图 10 轧制衬板磨损失高统计图图 11 堆焊衬板磨损失高统计图由图 10和图 31可以看出，轧制衬板和堆焊衬板的磨损失高

35、随磨损时间呈线性增长趋势。对数据进行线性拟合可知，轧制衬板斜率为0.257，堆焊衬板斜率为0.164。之后对于衬板寿命预测值的可靠性进行分析，实验室4小时衬板磨损试验过程中，对单位小时的失高数据进行统计，得知轧制衬板的标准差为0.069，堆焊衬板的标准差为0.046。轧制类衬板和堆焊类衬板的标准差均较小，说明实验室测量值符合预测值。对上述结果进行比对，以衬板的平均失高为基准，进行实验室试验和现场试验衬板相应的寿命的对比，如表 所示。表 29 实验室试验和现场试验寿命对比表衬板种类实验室加速磨损试验现场工况磨损试验加速系数磨损速率 （mm/h）现场磨损速率(mm/h)单位高度服役时间（h）单位高

36、度过煤量（T）轧制类0.260.00154650167堆焊类0.160.1173192由表 可知，实验室加速磨损试验相对于现场工况而言，轧制类衬板相当于现场的167倍的加速磨损试验；对堆焊类衬板而言，相当于对衬板进行了192倍的加速磨损试验。对上述结果求取平均值，可知实验室试验与现场试验加速倍率约为18012，该数据可以用来反映现场磨损工况。在后期的工作中，可以通过增加试验样本数量及更加完善的现场衬板考评方法，进一步确定更为精确的加速系数，获得更为合理精确的衬板服役寿命值。采用该加速倍率对实验室横评试验的10#-20#(因19#为低碳钢基体对比试样，因此在此次评价中未对该试样进行评价)试样的现

37、场服役时间及其过煤量进行预测，结果如表 所示。表 30 试验衬板预测评估分析表注：为保证服役过程中衬板不被磨穿，铸造轧制类、微晶类、陶瓷类衬板按厚度12mm计算，堆焊类、熔瓷类衬板按8mm计算。对依据磨粒磨损性能建立的采购分级对照表，各级别对应的服役寿命及其过煤量如表31所示。表 31 采购分级标准试验衬板预测评估分析表注：为保证服役过程中衬板不被磨穿，所有衬板均按厚度8 mm计算。耐磨衬板前后磨损情况不一致原因分析现场试验抽取衬板为唐山润兴产堆焊衬板和燕大耐磨钢产轧制衬板。上述两厂家送检小样与现场随机抽取样品性能对照如表32所示。表32 性能对照表衬板类型硬度（HRC）耐磨粒磨损性能（mm/

38、h）送检小样抽取衬板指标对比送检小样抽取衬板指标对比轧制衬板61.9058.50送检衬板优0.150.26送检衬板优堆焊衬板57.9050.60送检衬板优0.040.16送检衬板优小结通过上述数据可知，实验室试验与现场试验加速倍率约为18012，该数据可以用来反映现场磨损工况。依据此加速倍率，可获得衬板耐磨粒磨损分级中个级别服役时间及过煤量预测值。在后期的工作中，可以通过增加试验样本数量及更加完善的现场衬板考评方法，进一步确定更为精确的加速系数，获得更为合理精确的衬板服役寿命及过煤量值。三、结论本项目得到以下结论：（1）通过试验研究，建立了耐磨衬板微观结构与宏观性能的关系，对衬板性能按类型进行

39、了分级，并起草了耐磨衬板采购和选型标准，并制定了相关的加速试验标准（附后）。（2）根据耐磨衬板特性，建立了耐磨衬板选型指导图（附后）。（3）进行了现场试验，为实现试验室数据比对现场过煤量奠定了试验基础。（4）评价试验为短时寿命试验，长时寿命试验铸造轧制衬板的寿命会接近甚至超过堆焊类衬板。四、展望通过对本年度课题进行总结我们发现，服役工况对耐磨衬板性能的影响显著。同一厂家同一型号的衬板，在溜煤段抵抗磨粒磨损破坏的性能优异，并不意味着该衬板在落煤段抵抗冲蚀磨损破坏的性能也同样优异。反之亦然。因此，对所有工位采用同品种同类型的衬板势必会造成各工位衬板寿命不一，给检修带来困难。通过对大量试验数据进行统

40、计，我们发现，衬板的硬度是决定其耐磨性的重要因素。然而，当硬度达到一定值后，继续提升硬度对其耐磨性的改善作用会明显弱化，而其显微组织分布则是决定衬板耐磨性的关键。通过对比铸造衬板、轧制衬板、堆焊衬板的试验数据，衬板显微组织中的硬质相M7C3碳化物对衬板的耐磨性作用显著。衬板显徵组织中M7C3碳化物含量越多、分布越均匀，衬板的耐磨性就越好。而衬板基体材料的韧性则可以主导衬板的抗冲蚀性能。也就是说，衬板的韧性越高，抗冲蚀磨损的性能就越优。这也就解释了，在磨粒磨损试验中，堆焊衬板的耐磨性明显优于铸造衬板和轧制衬板；而冲蚀磨损中，各类衬板的差距减弱。而弹性和韧性较好的聚氨酯衬板和高锰钢衬板抵抗冲蚀磨损

41、的性能最优。因此，在满足一定耐磨性的同时，具有良好的冲蚀磨损性能成为冲蚀磨损区域选材的原则。一种思路为：金属衬板，基体韧性较好，同时其组织中又掺杂M7C3，MC等碳化物、硼化物硬质相。轧制和铸造工艺制备的衬板为整体衬板，其寿命取决于衬板的厚度，磨损寿命的均匀性较好。而堆焊衬板的寿命则主要取决于耐磨层的厚度，而非整体厚度。然而，此次项目中，建立的衬板选型图未考虑到堆焊类多层复合衬板硬度不均匀性对整体寿命的影响。因此，在选型时考虑多层复合衬板厚度对耐磨性的影响，建立全寿命周期选型图将进一步提升选型图的科学性。此外，衬板的现场评价试验还需进一步进行，从而获得现场过煤量与试验室数据的比对关系。在此基础

42、上，实现通过试验室数据预测现场过煤量的目的。附录1港口耐磨衬板使用性能分级对照表与快速验证方法（征求意见稿）秦皇岛港股份有限公司技术中心二零一七年五月前言本标准主要适用于秦皇岛港股份有限公司。本标准起草单位：秦皇岛港股份有限公司技术中心、燕山大学国防重点学科实验室。本标准主要起草人： 目录 1 范围12 规范性引用文件13. 定义14 技术要求24.1 尺寸要求24.2 材料要求25 检验方法45.1.尺寸检测45.2材料检测4附录51 范围本标准规定了耐磨衬板的术语及定义、技术要求、检测方法、检验规则及标志、包装、运输和贮存。本规定适用于秦皇岛港股份有限公司金属耐磨衬板的选购，其他型号衬板可

43、参照执行。2 规范性引用文件下列文件对本文件的应用是必不可少的。GB/T 230.1 金属材料 洛氏硬度试验 第1部分：试验方法（A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺）；ASTM G65标准对试样进行耐磨性测定；耐磨板不平度要符合GB709-88热轧钢板和钢带表8的规定，焊道高低差不大于1mm；GB/T 2654-1989 焊接接头及堆焊金属硬度试验方法；GB/T 17754-2012 摩擦学术语。3. 定义堆焊耐磨衬板：是指采用明弧焊、埋弧焊工艺，通过熔化药芯焊丝、实芯焊丝制备的具有耐磨层和支撑基体层的双金属复合衬板；轧制、铸造耐磨衬板：是指采用热轧、冷轧或铸造工艺生产制备的，以马

44、氏体钢、贝氏体钢、高锰钢等为主的耐磨衬板；熔瓷、陶瓷耐磨衬板：是指以陶瓷相为主要耐磨相，加工而成的整体陶瓷衬板或镶嵌陶瓷块的陶瓷金属复合耐磨衬板；微晶耐磨衬板：是指以金属尾矿为原料，经熔化、压延成型、核化、晶化、退火而成的一种新型衬板。4 技术要求4.1 尺寸要求4.1.1衬板尺寸规格按衬板安装要求确定；4.1.2不同种类衬板厚度要求符合表1的要求。表1 不同种类衬板厚度要求种类总厚度（mm）耐磨层所占比例允许差堆焊按采购要求执行50%0.5轧制通体厚度0.5铸造通体厚度0.5熔瓷衬板由陶瓷柱数量、直径和高度而定0.5*注：其他类型衬板参照以上厚度规定进行选取4.2 材料要求通过120锥形金刚

45、石压头大载荷压入试验（试验过程详见附录：试验标准），样品表面无明显剥落与碎裂。堆焊衬板由表及里的显微组织应为堆焊区、熔合区、热影响区和基体。堆焊区显微组织与性能均匀性应保持一致，熔合区厚度应不超过堆焊区厚度的20%。在此前提下，样品耐磨性能如表2所示。表 2 耐磨损性能分级对照表磨粒磨损冲蚀磨损级别失高（mm/h）级别失面积(mm2/h)A10.02S160A20.03S270A30.04S380A40.05S490A50.08S5100A60.15S6110A70.20S7120A80.25S8130A90.30S9140S101405 检验方法5.1.尺寸检测耐磨衬板厚度采用直尺或游标卡尺检测，其中堆焊衬板沿厚度方向耐磨层高度用高度尺或三维坐标仪进行检测，焊道高低差采用表面轮廓仪进行检测。5.2材料检测 磨粒磨损性能：按附录磨粒磨损实验方法进行检测；冲蚀磨损性能：按附录冲蚀实验方法进行检测；抗冲击性能：按附录抗冲击性能实验方法进行检测。附录：试验标准耐磨衬板磨粒磨损试验标准1、 方法原理本方法主要通过磨粒磨损试验机进行，如图1所示。试验过程中，采用称重法和量高法进行失重测量与失高测量，再以质量为参考，根据单位失高所用时间为寿命值，评定试验衬板的耐摩擦磨损能力。2、 评