高铬铸铁是指含铬量(质量分数)大于12%的白口铸铁，它是国内外使用最为广泛的抗磨铸铁之一。

高铬铸铁是继普通自口铸铁、镍硬铸铁发展起来的第三代白口铸铁。发达国家在60年代，我国在80年代初为满足生产的需要并在感应炉的应用逐渐普及的前提下，高铬铸铁才进入了较广泛的实用阶段。由于高铬铸铁金属组织的特点使得高铬铸铁比普通铸铁具有高得多的韧性、高温强度、耐热性和耐磨性等，已被誉为21世纪最优良的抗磨料磨损材料，并得到广泛应用。对于在常温和高温冲击磨损条件下应用，高铬铸铁更具有实用价值。

经典的高铬铸铁是Cr15M03。随着生产发展，按Cr含量控制范围，通常采用Cr15、Cr20、Cr25三个系列。为满足不同工况要求，除调整含碳量外，还辅以其他合金元素，如镍、钨、钼等，形成多元合金高铬铸铁。

高铬铸铁的铸态基体相似于耐热钢，为奥氏体型。这种组织的铸铁在高温下使用，更能充分发挥材质本身的潜能。根据需要，通过热处理，高铬铸铁可获得马氏体基体或多相复合的基体组织。

各种不同成分范围的高铬铸铁都具有各自的性能和相应的使用范围，只有当材料性能满足特定的工艺要求时，才能发挥其潜力，取得最好的使用效果。

高铬铸铁在各种条件下的各种性能、变化趋势具有一定的规律，但由于影响因素较多，在试验中采取多种固定条件，变化一种因素来进行研究，但这种固定与变化的做法只能是相对的，因此会在局部范围内出现一些不太规律的变化。另外，高铬铸铁所包含的铬、碳范围较宽，可供选择的Cr/C区间较大，而不同选择所引起的敏感性又较强，因此必须充分考虑工况条件，以利于选择适当的研究范围和取得最佳的应用效果。由于高铬铸铁加工性能很差，也限制了试验研究的数量和范围。

在实际生产中，各种耐磨备件受到块状烧结矿、块矿、焦炭及其他磨料的磨损时，滑移、划伤、切削、研磨甚至凿削是相互叠加在一起的。使用工况条件不同，冲击力、温度、冷却条件等因素也对材料的磨损有较大影响，因此，材料的磨损过程是比较复杂的。复杂的工况条件对材料提出了多种要求，特别是冶金备件，经常是同时要求耐热、耐磨和耐冲击，因此应针对这些要求开发相适应的高铬铸铁。为充分合理地利用铬、碳及其他合金元素的作用，开发、完善和规范高铬铸铁在冶金备件上的应用，必须对不同材料的高铬铸铁的组织、结构、各种力学性能以及热处理工艺进行系统的研究，以便获得在高温冲击磨损条件下应用高铬铸铁的基本概念、参数和多因素相互作用规律的结论；加深对合金元素应用的基础条件的理解，以使得高铬铸铁应用得以合理

推广。备件在不同的工况条件下使用，选择的高铬铸铁材质也不同，要充分考虑寿命和成本的相互关系，以最合理的材质、最低限度的成本来取得最好的使用效果，以消除因使用高铬铸铁而提高了成本、提高了一次性投入的不利因素，这样才使高铬铸铁具有实际的推广应用价值。

中铬铸铁的含铬量(质量分数)在5%～10%之间，其共晶碳化物中既有(Fe、Cr)₇C₃又有(Fe、Cr)₃C。通常中铬铸铁的铬含量(质量分数)选在8%～10%间。中铬铸铁的化学成分根据基体情况不同而有所不同。以珠光体状态使用时，一般选择(质量分数)C：2.5%～3.6%，Si：0.5%～2.2%，Mn：0.5%～1.0%，Cr：7%～11%；当以马氏体状态使用时，还应加入Mo：0%～2%和Cu：0%～2%，以提高基体的淬透性。欲获得符合使用要求的组织和性能，需要综合考虑Cr/C和Si/C。提高Cr/C和Si/C，(Fe、Cr)₇C₃型碳化物量相对增加，碳化物硬度和形态相应得到增加和改善，铸铁韧性与抗磨性提高。另一方面，高的含Si量会降低铸铁的淬透性，低的含C量又会减少碳化物量，降低铸铁抗磨性，故需综合考虑C、Si元素的影响。中铬铸铁通常通过高温空淬 低温回火处理，获得马氏体 (Fe、Cr)₇C₃ (Fe、Cr)₃C 残余奥氏体的金相组织。

空淬回火处理的中铬铸铁是为减少使用Ni资源而开发出为取代镍硬Ⅳ型铸铁的一种铸铁材料。中铬铸铁的铸造性能介于低铬铸铁和高铬铸铁之间且接近于高铬铸铁，由于合金元素含量偏高，因而导热性较差、收缩较大，因此在铸件铸造工艺设计时应给予足够的注意。中铬铸铁由于含铬量较低铬铸铁高，因此具有一定的抗蚀性，可用于中等冲击载荷的磨料磨损和冲蚀磨损的工况。

为了提高铸铁的抗磨性，防止在铸铁中出现石墨组织，向铸铁中添加一定数量的碳化物形成元素铬从而形成了低铬铸铁。低铬铸铁的含铬量通常在(质量分数)2%～5%范围内，为避免出现石墨，硅量应作限制。此外，为了调整低铬铸铁的组织，进一步提高抗磨性，也可向低铬铸铁中添加一定数量的Mo、Cu、Ni等合金元素。

由于铬及其它合金元素的添加量较少，因此低铬铸铁的组织与普通白口铸铁差别不大，图2为含铬量(质量分数)为2%的Fe-C-Cr平衡相图，可见铬的加入并未在相图中增加新的组成相，只是一些特征点的位置相对于不含铬的Fe-C相图发生了一些改变。

与普通白口铸铁相比，低铬白口铸铁的碳化物为含有少量铬的合金渗碳体(Fe、Cr)₃C，维氏硬度也由840～1100HV增加到1000～1230HV。碳化物形貌也略有所改善，而基体组织则根据热处理状态的不同而不同，可以是珠光体、索氏体、马氏体或它们的混合组织，同时可能伴随有少量的奥氏体。随低铬铸铁中含碳量提高，组织中碳化物数量增加，铸铁的硬度略有增加。低铬铸铁的铸态组织通常为共晶碳化物 珠光体。

低铬铸铁的化学成分根据零件使用的工况条件，可作相应的调整。随含碳量增加，低铬铸铁的碳化物数量增加(而且呈网状形态存在于基体中)，硬度提高，韧性降低，冲击较大的使用工况(如直径较大的球磨机等用低铬铸铁铸球)易产生破碎现象，其含碳量应适当降低，图3是低铬铸铁的碳含量与硬度和相对耐磨性的关系。此外，随铬含量的增加，碳化物的形态和分布有所改善，使冲击韧性、硬度以及疲劳抗力和冲击磨损抗磨性有所增加，图4为铬对低铬铸铁性能的影响。

由于组织中大量碳化物的存在，低铬铸铁的韧性与普通白口铸铁相当，但抗磨料磨损的抗磨性比之有较大的提高。因此，低铬铸铁主要应用于球磨机磨球。

低铬铸铁一般采用铸态去应力处理，其基体组织为珠光体，即将铸态铸件在中、低温度保温适当时间以减少应力。为进一步提高低铬铸铁的硬度，亦可进行高温保温一定时间后空冷并低温回火的方式，获得一定数量的马氏体基体组织，此时为提高淬透性可添加一定数量的Mo、Cu或Ni等元素。

低铬铸铁既可用冲天炉熔炼，亦可用电炉熔炼，还可用冲天炉与电炉双联熔炼。但用冲天炉熔炼时应注意控制铁液的含碳量。通常低铬铸铁铁液在炉前采用稀土硅铁进行孕育处理以提高综合性能。稀土元素有改善碳化物形态、细化晶粒、脱氧、脱硫和净化铁液的作用。低铬铸铁在炉前加入质量分数1%左右的稀土硅铁合金，将对改善低铬铸铁的冲击韧性和抗磨性有一定的作用。

低铬铸铁的铸造性能基本与普通白口铁相当，铸造收缩率在1.6%～1.8%之间。

铬铸铁是继普通白口铸铁、镍硬铸铁发展起来的第三代白口铸铁。高铬白口铸铁含铬量大于11%，铬、碳含量比值介于4~8之间。在这种条件下，高硬度的M7C3型碳化物几乎全部代替了M3C型碳化物。M7C3型碳化物基本上是以孤立的中空六角形存在，与呈网状连续分布的M3C型碳化物相比，大大增强了基体的连续性，因而整体材料的韧性显著提高。高铬铸铁已经是世所公认的优良的耐磨材料，在采矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等方面应用十分广泛。

高铬铸铁是继普通白口铸铁﹑镍硬铸铁发展起来的第三代耐磨材料。由于高铬铸铁自身组织的特点，使得高铬铸铁比普通铸铁具有高得多的韧性、高温强度、耐热性和耐磨性等性能。高铬铸铁已被誉为当代最优良的抗磨料磨损材料，并日益得到广泛应用。

高铬铸铁的良好的耐磨性主要取决于其基体组织和碳化物的类型及分布特点。

高铬铸铁是以Fe，Cr，C为基本成分的多元合金。刚凝固下来的高铬铸铁中基体是奥氏体，这种奥氏体在加热至较高的温度下才是稳定的，而且被C、Cr等元素所饱和。当温度降低时，奥氏体将发生转变。通常条件下，高铬铸铁呈现以奥氏体为主的多相组织，这种组织的铸铁在高温下使用，更能发挥材质本身的潜能。

高铬铸铁是含铬量在12%-28%之间的铬系白口铸铁，由于铬的大量加入使得白口铁中的M3C型碳化物变成M7C3型碳化物。这种合金碳化物很硬，赋予了高铬铸铁良好的耐磨性。另一方面，在凝固过程中M7C3型碳化物呈杆状孤立分布，使得高铬铸铁的韧性有了一定程度的改善。

高铬铸铁磨球在球磨机中的应用

球磨机是水泥、电力、矿山等行业研磨工序的主要设备，磨球是球磨机主要易损件之一。磨球既要有高的耐磨性，又要有高的韧性。它的耐磨性能高低对生产起着极为重要的作用。因此提高其硬度、抗冲击性、耐磨性能极为重要。长治钢铁（集团）公司为了改进铸铁球的致密度，减少热裂，通过加入不同的稀土元素，来改善铸铁球的化学成分和均匀性。并成功用于生产水泥用的球磨机中，显著提高了磨球的耐磨性。中国铝业广西分公司检厂已研制成功并投入生产了一种磨球，它是用自行研制的特高铬耐磨合金铸铁制成，由于其具有良好的耐磨性及韧性，用它制作的磨球应用在该公司氧化铝厂原料车间球磨机上，获得了很大的成功。这种耐磨材料制成的磨球的应用创造出了很好的经济效益，具体可表现为加球量比原来少了一半。安徽理工大学与淮化集团公司热电厂合作制作的高铬铸铁磨球在淮化集团热电厂Φ3.2m球磨机使用，停机开仓检查无明显破碎变形磨球，破碎率小于0.5%，使用效果良好。在使用高铬铸铁磨球时，必须考虑到实际工况条件。尤其是与之相配的衬板必须有足够的硬度，否则磨损过快。如何处理好磨球硬度与韧性、淬透性与合金元素含量这两对矛盾一直是实际生产中未解决的难题，通常是硬度高则韧性低，破碎率高；合金元素含量高使淬透性提高，但成本增加。

高铬铸铁在渣浆泵上的应用

渣浆泵在矿山、冶金、火力发电、煤炭、化工和环保等工矿部门广泛应用于输送高浓度渣浆，其四大过流件如蜗壳、叶轮、前护板和后护板等在工作过程中不但承受物料的冲刷磨损，而且还承受浆料的腐蚀作用，运行工况极其恶劣，因此其过流部件成为冶金矿山行业常见的易损件。国内外渣浆泵过流部件所用材料主要有不锈钢、高铬铸铁和镍硬铸铁。高铬铸铁是渣浆泵过流件的理想候选材料，通过碳、铬含量水平的调整或选择，可以获得不同工矿条件下过流件的最佳使用效果。蒋业华等人研究发现，铸态和热处理态两种状态下的Cr28高铬铸铁的腐蚀磨损性能与高铬铸铁标样Cr15Mo3相比都有显著地提高，表现出优越的耐腐蚀磨损性能。西安交通大学研究的Cr28%左右的高铬铸铁和利用稀土变质处理的高铬铸铁耐冲刷腐蚀性能优越，可望成为渣浆泵过流件的新材料。改善定向凝固设备和工艺，以制备碳化物定向排列的高铬铸铁，这也是一种值得期待的方法。

高铬铸铁在水泥磨上的应用

锰铝复合高铬铸铁的水泥磨磨辊衬板，对于厚大件其淬透性、耐磨性都不理想，仅适用于有效截面在100mm-140mm的铸件上。厚大截面的磨辊衬板需要有一定抗冲击能力的高铬铸铁品种，用于大型水泥立磨。沈阳重型机械集团有限责任公司开发研制的高铬铸铁衬板，已使用在各种系列立磨、中速磨上。

高铬铸铁在破碎机颚板上的应用

随着破碎机规格的加大和机械化程度的提高，颚板的耐磨性问题变得越来越突出。因颚板耐磨性差，造成频繁更换，不仅增加了破矿成本，而且降低了生产率，增大了工人劳动强度，因此，提高颚板耐磨性问题已引起了人们的重视。北京冶金设备研究院为河南黄河金矿生产了一批高铬铸铁颚板，用于破碎金矿石，使用寿命是高锰钢的三倍以上。江西科学研究所研制的高铬铸铁颚板在浒坑钨矿试用表明，其耐磨性比高锰钢提高两倍以上。

抗磨白口铸铁国家标准

我国抗磨白口铸铁国家标准（GB/T8263）规定了高铬白口铸铁的牌号、成分、硬度及热处理工艺和使用特性。其典型成分及工艺如下表：

表1 高铬铸铁的牌号及化学成分（%）

表2 高铬铸铁的硬度

表3 高铬铸铁件热处理规范

美国高铬铸铁执行标准为ASTMA532M，英国为BS4844，德国为DIN1695，法国为NFA32401。俄罗斯在前苏联时期曾研制了12-15%Cr、3-5.5%Mn，壁厚达200mm的球磨机衬板，现执行ҐOCT7769标准。特别值得一提的是在近一个世纪里，曾为抗磨白口铸铁做出了卓越贡献的美国克莱梅克斯（Climax）钼业公司。1928年该公司首先发明了镍硬铸铁，把抗磨铸铁科技推向了一个空前高度。1974年为纪念国际GIFA，在杜赛尔多夫展览会上展示了名为“神秘1号”和“神秘2号”。即经典的高铬抗磨铸铁153（Cr15Mo3）和1521（Cr15Mo2Cu），现如今克莱梅克斯公司执行高铬铸铁标准如下，

表4 美国Climax钼公司规定的高铬铸铁成分（质量分子数）%

注：①碳含量为下限时，大断面中可能出现贝氏体。