鑄造ZG5Cr18Mn6N側導板及耐熱鋼鏟料板的耐腐蝕性能解析在冶金、礦山、建材等高溫重載領域，燒結機臺車側擋板、鏟料板、高溫爐輥等關鍵部件長期承受磨損、熱沖擊和腐蝕的三重考驗。材料失效不僅導致設備停機，降低生產效率，更帶來高昂的維護成本。選擇兼具優良耐熱、耐磨與耐腐蝕性能的材料是這些工業設備保持長周期運行的根本保障。本文聚焦于鑄造ZG5Cr18Mn6N耐熱鋼應用于該類部件的表現，深入探究其在嚴酷環境下的性能優勢，尤其是耐腐蝕機理與實際效果。

一、 ZG5Cr18Mn6N材料特性與應用定位

ZG5Cr18Mn6N是一種重要的鑄造高鉻錳氮系奧氏體耐熱鋼，其典型化學成分如下：鑄造ZG5Cr18Mn6N側導板耐熱鋼鏟料板耐腐蝕

*   碳(C)： 約0.50% - 提供基體強度、硬度和一定耐磨性。

*   鉻(Cr)： 約18% - 核心耐蝕/耐熱元素。形成致密、穩定的Cr?O?氧化膜，隔絕基體與腐蝕介質；顯著提高材料高溫強度與抗氧化能力。

*   錳(Mn)： 約6% - 替代部分昂貴鎳(Ni)，穩定奧氏體組織；增強材料韌性；提升高溫下的綜合力學性能；在一定條件下也能形成具有保護性的Mn?O?或復合錳尖晶石氧化物。

*   氮(N)： 約0.15-0.25% - 關鍵強化劑。顯著提高奧氏體穩定性（補足低鎳影響）；強化基體強度與硬度；通過促進晶粒細化和形成Cr?N等方式提升耐蝕性；有效抑制高溫敏化。

該材料通過鑄造手段成型（ZG表示鑄鋼），非常適合制造形狀復雜、結構厚實（例如側導板）、需兼具一定抗沖擊能力（例如鏟料板物料沖擊）的耐熱耐磨部件。其性能定位在傳統高鉻鑄鐵和高鎳奧氏體耐熱鋼（如HK40）之間，具有良好的性價比，在<850℃的氧化/硫化腐蝕氛圍中表現出色。

二、 ZG5Cr18Mn6N的耐腐蝕性能機理

ZG5Cr18Mn6N的優異耐腐蝕性能主要歸功于以下機制：

1.  致密表面鈍化層形成：

    *   在高溫氧化氛圍下（主要O?），高鉻含量促使其表面迅速形成一層主要成分為鉻氧化物（Cr?O?）的連續、致密、具有自修復能力的保護膜。該膜層極大地阻礙了氧氣向基體擴散和金屬陽離子向外遷移，從而阻止材料內部的進一步氧化腐蝕。

    *   在高溫環境下（如燒結礦工況），6%的錳元素可以參與形成復雜且穩定的（Fe、Cr、Mn）復合氧化物或尖晶石結構氧化物（如MnCr?O?）。這種復合氧化膜通常比單純的Cr?O?擁有更好的附著力和穩定性，尤其在熱循環沖擊和復雜熱腐蝕環境中，表現出更強的屏障保護作用。

2.  抗硫化腐蝕能力：

    *   在含有SO?、H?S等含硫氣氛的高溫環境中（如處理含硫礦石的燒結礦），傳統材料面臨的重大威脅是硫化腐蝕。硫傾向于與金屬元素形成低熔點、脆性的金屬硫化物（如FeS）。這些硫化物疏松多孔，無法像氧化膜一樣提供保護，反而加速腐蝕。

    *   ZG5Cr18Mn6N的高鉻含量在此發揮了核心作用。鉻與硫形成的CrS/Cr?S?硫化物具有相對較高的熱穩定性（熔點顯著高于FeS），且更傾向于形成相對連續致密的層狀結構，對基體腐蝕擴散有一定的阻滯作用。穩定的Cr?O?氧化膜基底本身就對硫化腐蝕的侵襲形成了第一道堅固屏障。 錳在抗硫化腐蝕中同樣扮演正面角色，它能促進MnS等硫化物在基體內部分散析出而非只在表面聚集，減少了硫在合金表層的濃度，削弱了表面快速硫化的傾向；所形成的錳硫化物也能成為部分腐蝕路徑上的阻礙點。

3.  氮元素的強化作用：

    *   抑制晶間腐蝕： 在長期高溫服役下，鉻容易在晶界處形成富鉻的碳化物（如Cr??C?），導致晶界周圍區域貧鉻，成為腐蝕快速通道（晶間腐蝕）。氮元素（N）可以與碳競爭優先與鉻結合形成更穩定的Cr?N或Cr（C，N）復合析出物。這減少了對鉻在晶界的耗損，使晶界附近區域仍保有足夠的耐蝕鉻濃度，大幅削弱了發生晶間腐蝕的趨勢。

    *   提高鈍態穩定性： 氮的存在有助于在材料暴露于電解液環境時穩定其鈍化狀態，提高材料的抗點蝕和均勻腐蝕能力（雖然不是主抗水溶液腐蝕材料，但在濕態接觸或凝結酸液條件下有一定改善）。

    *   強化基體： 溶解態氮有效固溶強化基體，間接提升了抗腐蝕磨損能力。

 三、 鑄造工藝對耐蝕性的關鍵影響

優質的材料性能最終需通過完善的鑄造工藝來實現：鑄造ZG5Cr18Mn6N側導板耐熱鋼鏟料板耐腐蝕

1.  精確控制成分： 確保Cr、Mn、N含量在目標范圍上限是耐蝕性的基礎。低硫（S<0.03%）至關重要，因為硫會形成有害的MnS夾雜物，成為點蝕起源或氧化/硫化膜中的薄弱點。磷（P）亦需嚴格控制。

2.  優質冶煉與脫氧： 采用中頻爐+AOD/VOD等精煉手段，保證純凈度，減少有害氣體（O、H、N?）和各類夾雜物（氧化物、硫化物）。

3.  均勻凝固與熱處理：

    *   均勻致密組織： 優化澆冒口設計、使用冷鐵/保溫冒口等措施，確保鑄件順序凝固或均衡凝固，減少宏觀偏析、疏松、熱裂紋（這些缺陷是腐蝕的“后門”）。

    *   合理熱處理： 通常進行固溶處理（1050-1100℃加熱后快冷），其核心目的在于：

        *   溶解有害碳化物： 特別是固溶處理能夠重新讓碳、鉻、錳等關鍵元素熔入奧氏體基體，消除先期在晶界偏聚形成的復雜碳化物（如Cr??C?）。

        *   抑制晶間貧鉻現象發生： 快冷狀態下獲得過飽和固溶體，延緩或防止鉻碳化物在之后服役受熱期間的重新析出和在晶界的集中分布。

        *   獲得高韌性與均勻基體： 強化材料整體韌塑性，減少冷熱疲勞開裂導致腐蝕介質滲入的風險。

4.  健全性保證： 通過無損探傷（如超聲UT）確保鑄件本體無縮孔、裂紋等嚴重內部缺陷。

四、 ZG5Cr18Mn6N在耐熱部件上的應用效果與優勢

以燒結機臺車側導板（擋板）和鏟料板為例，這類部件直接接觸熾熱的燒結礦（溫度600-800℃），承受劇烈摩擦、物料沖擊，并暴露在高濃度燒結煙氣（含O?、SO?、CO、CO?、水汽、少量Cl?）形成的高溫氧化腐蝕+高溫含硫氣氛腐蝕+熱沖擊/熱循環等多因素復雜環境中。

在這種惡劣工況下，ZG5Cr18Mn6N相比傳統材料（如普通高碳低合金耐熱鋼Cr25Ni20Si2）展現出顯著優勢：

*   優異的耐高溫氧化能力： 穩定的Cr/Mn復合氧化膜提供堅實屏障，顯著降低氧化增重率和剝落傾向。

*   突出的抗中高溫硫化腐蝕性能： 在含硫煙氣中，其表現遠優于普通鋼材，有效延緩了因硫化導致的表面疏松、粉化脫落和尺寸減薄。

*   良好的耐磨損與抗剝落性： 該鋼在<850℃下具有良好的強度、硬度（鑄態硬度HB ≥ 200，工作后可通過加工硬化進一步提高）和一定的韌性，能抵抗燒結礦料粒的沖刷和刮擦。耐蝕性本身是耐磨性的重要支撐——表面不易腐蝕導致疏松，基體強度得以保持，使材料更抗磨。

*   高性價比： 相比更高鎳鉻合金（如Cr25Ni20合金等），在滿足使用溫度要求的前提下，成本更具優勢。

*   工藝適應性好： 鑄造工藝可適應復雜結構（側導板的形狀多變特征）。

實踐反饋： 多家鋼鐵企業在燒結機側導板、擋板、導衛板甚至篦條上應用ZG5Cr18Mn6N鑄件后，使用壽命普遍比原有材質（如Cr26系高鉻鑄鐵或普通耐熱鋼）提高30%-50%甚至更高，顯著降低了停機檢修時間和備件成本，經濟效益顯著。

 五、 應用注意事項

1.  服役溫度上限： ZG5Cr18Mn6N的持續安全使用溫度通常不超過850℃。超過此溫度，氧化速率顯著加快，材料強度迅速下降。

2.  避免還原性和強酸性環境： 在強還原性氣氛（如過量CO）或強酸介質（特別是HCl、濃硫酸）中，其Cr?O?保護膜易被破壞，耐蝕性將大打折扣。

3.  焊接修復： 確需焊接修復時，必須選用匹配焊材（如A402等）并嚴格執行預熱（~350℃）及焊后熱處理規范，否則極易在熱影響區引發裂紋或嚴重貧鉻導致的腐蝕。修復后應進行無損檢測。

4.  環境載荷匹配： 對侵蝕性（如含高Cl?、高S環境疊加低溫凝結酸腐蝕，或灰分中有大量堿性物質沖刷）的特殊工況，需評估其長期耐久性，必要時選擇更高級別的鎳基合金。

ZG5Cr18Mn6N作為一種高性價比的鑄造奧氏體耐熱鋼，憑借其富含的鉻、錳、氮元素帶來的出色高溫氧化防護能力與優良的抗中高溫硫化腐蝕性能，結合鑄造工藝固有的成型靈活性及較高的基體強度、硬度與韌性，成為制造燒結機側導板、耐熱鋼鏟料板以及類似工況下磨損腐蝕并重的關鍵備件的選擇。嚴格把控鑄件成分純凈度、內在組織均質性和熱處理工藝質量，是確保其實現優良服役壽命的關鍵。在明確應用邊界（特別是溫度與腐蝕氛圍限制）的前提下，選用ZG5Cr18Mn6N鑄造部件，可為企業在高溫高磨蝕高腐蝕環境下的設備穩定運行和降本增效提供強有力的材料保障。該材料代表了現代工業在成本、性能與可靠性的三重約束下尋求解的努力方向，其技術與經濟雙重效益已在實踐中得到充分驗證。