耐磨合金鋼背景介紹

20世紀(jì)80年代以來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展，我國(guó)耐磨合金鋼的研究、開發(fā)、制造和應(yīng)用獲得了很大的發(fā)展。研制的耐磨合金鋼種和通過專家鑒寫的牌號(hào)眾多，其中不乏是專利牌號(hào)。通過國(guó)際交流與合作，國(guó)外耐磨合金鋼牌號(hào)成分、組織、性能與應(yīng)用，特別是將近20年來我國(guó)自行研制的經(jīng)過工業(yè)性對(duì)比試驗(yàn)的耐磨合金鋼鋼種盡可能收集在內(nèi)。耐磨合金鋼以化學(xué)成分元素含量的多少分為三類：第一類耐磨低合金鋼，合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過5%；第二類耐磨中合金鋼，合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%；第三類，耐磨高合金鋼，合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%。

一．耐磨合金鋼，耐磨合金鋼定義及分類

耐磨合金鋼應(yīng)用于有一定沖擊載荷的磨料磨損工礦條件，它是指為滿足特定的性能要求而有目的的加入其它元素的鋼材。如為提高強(qiáng)硬度、韌性淬透性及各項(xiàng)綜合性能指標(biāo)而加入的元素稱為合金元素。淬火的有鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、銅（Cu）、硅（Si）、錳（Mn）、釩（V）、鈦（Ti）、稀土（Re）、鎢（W）、硼（B）甚至有些有害元素在特定環(huán)境條件下為滿足特別需求，亦可稱為合金元素，如硫（S）、磷（P）等，耐磨合金鋼大致分為奧氏體錳鋼、中鉻鋼、低合金鋼和石墨鋼五大類，分別適用不同工礦條件。

二．耐磨低合金鋼定義，主要品種、性能及應(yīng)用

在耐磨合金鋼中，合金元素總量（Fe、C及有害元素和隱存元素）不得高于5%即稱為低合金鋼（5-10%為中合金鋼，10-15%為高錳鋼），低合金鋼的力學(xué)性能特別是硬度和韌性可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)整，可根據(jù)不同的使用條件，將強(qiáng)度、沖擊韌度和耐磨性能綜合考慮和匹配。只要不因脆性而引起斷裂，其耐磨性隨硬度的提高而增強(qiáng)。

通常低合金耐磨鋼以高強(qiáng)韌性、高硬韌性著稱。其強(qiáng)度和硬度高于耐磨錳鋼而在非大沖擊磨損工況可替代錳鋼；其塑、韌性高于耐磨鑄鐵，而在一定沖擊載荷的磨損工況，使用壽命高于耐磨鑄鐵。

耐磨剛加入合金元素的主要目的在于提高淬透性、強(qiáng)度、韌度和耐磨性。最常用的添加元素是Mo、Cr、Mn、Ni、和Si等。

耐磨低合金鋼的鑄造、焊接性能與其它低合金鋼相似，碳量高時(shí)焊接性能較差。低合金耐磨鋼，可按熱處理和含碳量分類。

1.水淬熱處理合金馬氏體耐磨鋼

W（C）=0.2%-0.35%的多元低合金鋼，經(jīng)水淬和回火處理，硬度高，耐磨性好，具有較好的強(qiáng)韌性配合，使用中不易變形和斷裂，廣泛應(yīng)用于挖掘機(jī)、裝載機(jī)及拖拉機(jī)的斗齒、履帶板，中小型顎板、板錘、錘頭，球磨機(jī)襯板等?！?.油淬、空淬熱處理低合金馬氏體耐磨鋼

W（C）>0.35%的多元低合金鋼，依不同的合金含量經(jīng)油淬（或空淬）熱處理并回火處理后，可得到強(qiáng)韌性較好、硬度高、耐磨性好的馬氏體鋼，用于球磨機(jī)襯板，中小型顎板、錘頭、板錘等。但這類鋼的韌度低于前述W（C）=0.20%-0.35%水淬熱處理的低合金馬氏體鋼，因此其應(yīng)用時(shí)必須考慮工況的沖擊載荷。

幾種油淬或空淬的高強(qiáng)度馬氏體鑄鋼的化學(xué)成本、硬度與特性見表4（略），力學(xué)性能見表5（略），國(guó)外典型的油淬高強(qiáng)度鉻鉬馬氏體耐磨鋼的化學(xué)成本見表6（略）。

3.正火熱處理低合金珠光體耐磨鋼

W（C）=0.55%-0.9%的高碳鉻錳鉬鋼，經(jīng)正火和回火熱處理可得到珠光體基體。鉻錳珠光體耐磨鋼具有好的韌度和抗沖擊疲勞性能，高的加工硬化能力；并因只含有較少的不昂貴的合金元素且不需經(jīng)過復(fù)雜的熱處理而具有較低的生產(chǎn)成本。

高碳鉻錳鉬珠光體耐磨鑄鋼用于一定沖擊載荷的磨料磨損工況，如E型磨煤機(jī)的空心魔球及球磨機(jī)襯板。較典型的牌號(hào)是ZG85Cr2MnMo, ≥800MPa, ≥500MPa, ≥1%。有代表性的高碳鉻錳鉬珠光體耐磨鑄鋼的化學(xué)成分與力學(xué)性能見表7（略）。

鉻鉬珠光體耐磨鋼襯板與高錳鋼、鉻鉬馬氏體耐磨鋼襯板在φ2.7m鉬礦球磨機(jī)中耐磨性對(duì)比試驗(yàn)見表8（略）和表9（略）。從中可見鉻鉬珠光體耐磨鋼襯板的使用壽命高于高錳鋼，低于555-601HBW的鉻鉬馬氏體耐磨鋼襯板；即使珠光體鋼襯板硬度較低但使用壽命高于480℃回火的馬氏體耐磨鋼襯板。

4.耐磨碳鋼

碳鋼的耐磨性主要是借表面硬化而獲得的。W（C）>0.35%的碳鋼，通常采用表面感應(yīng)淬火或火焰淬火；低碳鋼則可用滲碳、滲氮或碳氮共滲等工藝提高耐磨性。隨著硬度的提高，其耐磨性也相應(yīng)增強(qiáng)。

在耐磨碳鋼中，W（C）=0.4%-0.70%的碳鋼占有重要地位，美國(guó)的鑄鋼火車輪就是用W（C）=0.4%-0.70%的碳鋼制造的。

5.鑄造石墨鋼是超高碳共析鋼，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，一部分碳以石墨的形式析出，因而具有鑄鋼和鑄鐵的綜合性能。由于存在游離石墨，這種鋼是一種耐磨擦磨損的結(jié)構(gòu)材料?，F(xiàn)石墨鋼多用于制造冶金軋輥，如初軋或粗軋作業(yè)的軋輥，因?yàn)樯倭康氖梢蕴岣哕堓伒目篃崃研阅芎涂寡趸F皮粘附性能。

冷礦篩板采用耐磨合金鋼或不銹鋼篩板，具有不變形、壽命長(zhǎng)，篩分效率高特，篩板安裝方便、拆卸簡(jiǎn)單特點(diǎn)；同時(shí)具有生產(chǎn)能力大、工作可靠、振幅調(diào)節(jié)方便、傳給基礎(chǔ)的動(dòng)負(fù)荷小等優(yōu)點(diǎn)。