我国金属耐磨材料的发展和应用1 概述随着国民经济的深入发展，新技术，新设备，新材料越来越为人们所关注。

根据我国冶金、建材、电力、农机、煤炭等五个系统的统计加上机械部门汽车、拖拉机、工程机械的不完全统计，我国每年消耗金属耐磨材料约达300万吨以上。

如果应用摩擦磨损理论防止和减轻摩擦磨损，每年可节约150亿美元。

因此人们越来越重视金属耐磨材料的发展和应用。

改革开放20多年来，我国广大科技工作者与生产实践相结合，针对我国设备磨损的具体工况条件和国内资源情况，研制出多种新型耐磨材料。

大体分为改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢系列；高、中、低碳耐磨合金钢系列；铬系抗磨白口铸铁系列；锰系、硼系抗磨白口铸铁及马氏体、贝氏体抗磨球墨铸铁；不同方法生产的双金属复合耐磨材料；表面技术处理的耐磨材料等等。

同时在耐磨材料生产工艺设备上先后从日本、德国、南斯拉夫、比利时等国引进数条机械化自动化生产线。

如铸造磨球砂型迪莎自动化生产线；机械化金属型铸球生产线；VRH法衬板生产线等。

在吸收引进基础上发展结合国情的新型工艺设备，如消失膜I EPC l铸造工艺设备，金属覆膜砂工艺设备，挤压造型工艺设备，离心铸造工艺设备等新技术新设备。

冶炼工艺上采用炉外精炼与连铸等新技术，使产品的内在质量、外观质量和性能得到明显提高，金属消耗大幅度降低，一些厂家产品已达到或超过国际先进水平。

出口东南亚、日本、南非、美国、澳大利亚等国。

取得良好经济效益。

随着耐磨行业的发展进步，我国耐磨材料铸件的标准化工作也取得显著成绩，成为耐磨材料技术进步的缩影。

80年代以来先后发布实施了GB3180——82中锰抗磨球墨铸铁件；GB／T13925——92铸造高锰钢金相；GB／T5680——1998高锰钢铸件；GBITl7445——1998铸造磨球；GB／T8263——1999抗磨白口铸铁件等等。

耐磨材料国家标准的宣贯使越来越多的企业参照国标组织生产，对提高我国耐磨铸件质量的整体水平，节材增效，起到积极的作用。

2 高锰钢、中锰钢、超高锰钢的发展和应用目前在冶金矿山、建材、工程机械、铁道运输等工业部门仍大量使用高锰钢。

主要应用在高冲击负荷下的各种大型破碎机易损件，如颚式破碎机颚板，大型破碎机锤头，挖掘机铲齿，铁道辙叉等。

主要由于它韧性好，耐冲击，并在高冲击下加工硬化提高耐磨性。

同时它是经历100多年的老钢种生产工艺易于掌握，质量易于控制，成本相对较低。

但是，在冲击负荷小或低应力磨损条件下，由于不能充分发挥加工硬化性能，因此不耐磨。

由于它的屈服强度低易产生塑性流变，由于变形磨损而失效。

如中小型磨机衬板、锤头等。

针对高锰钢屈服强度低，在小冲击、低应力不能充分加工硬化能力的问题，近年来发展了加Cr，Mo，V,Ti，Re等合金化改性高锰钢，奥氏体介稳定易加工硬化的中锰钢、少锰钢，发展高碳锰钢使初始硬度提高，耐磨性提高。

为使厚大铸件中心部位也为全奥氏体，提高加工硬化能力，发展了超高锰钢，Mn 15，Mn 17，Mn 20，Mn 25；针对结构复杂，壁厚易产生裂纹的特殊铸件，研制出低碳高锰钢如：75Mn 13，50Cr2Mnl4。

60 CrSMnl2，55 Cr5 Mn 9等新钢种满足市场需要。

高锰钢冶炼工艺上近年来发展了吹氩、吹氮，炉外精炼等新工艺，提高钢的纯净度；采用悬浮浇注，表面合金化，爆炸硬化等措施提高其耐磨性。

高锰钢热处理工艺一般为缓慢升温I 50℃／h一80℃／h I到650℃保温1小时，之后以100℃／h一120℃／h升温到1050℃／h保温2—3小时水韧处理。

对于合金化高锰钢、超高锰钢热处理淬火温度一般提高到1080℃—11 20℃保温时间延长到3——4小时；并且许多单位近年来采取先在950℃保温2小时正火予热处理，均化成分，细化组织，冷至300Co后再淬火的热处理工艺，使耐磨性得到提高。

中、小铸造厂采用浇注后，温度下降到1100℃时去砂入水，类似水爆清砂，节省能耗，但一定要控制入水时间，复杂铸件不要采用。

国内标准高锰钢的成分、性能、使用范围如表1。

我国研制的各类合金高锰钢如表2。

我国研制的中锰钢、超高锰钢成分性能如表3。

实践表明，高锰钢这一老钢种经过调整化学成分，经过加人固熔强化元素合金化，经过适当的调整和改变热处理工艺，可以充分发挥其优点，克服其不足，创造在不同工况条件下使用的良好效果，再创造新的辉煌。

3 耐磨合金钢的发展与应用改革开放20多年来我国广大科技工作证和产业工人，针对高锰钢存在的不足，结合设备的工况条件及我国的资源状况，研制出多种耐磨合金钢。

这些耐磨合金钢具有优良的强韧性，较高的耐磨性和耐蚀性综合性能好，被称为三耐合金。

并且生产成本不高，通过调整成分和热处理工艺，满足不同工况条件对材料性能的要求，适于制造各种类型的耐磨铸件。

根据耐磨合金钢的含碳量及合金含量的不同列表如表4、5、6。

国内外中碳合金钢成分性能应用范围如表5。

高碳各类合金钢的成分性能应用范围如表6。

从表4，5，6可以看出各类耐磨合金钢通过调整化学成分和热处理工艺就能达到理想的硬度和韧性；但是要是达到高耐磨性能需要硬度和韧性匹配合理，这样要从成分设计和热处理工艺设计两方面进行。

详情参见有关资料。

近年来国内外各类耐磨合金钢飞速发展，主要是根据工况条件及原材料成本情况，研制耐磨性能好，工艺简单可靠，成本低的新材料。

4 抗磨白口铸铁的发展与应用白口铸铁作为耐磨材料的应用，大约始于19世纪末，国外耐磨白口铸铁的发展分为三个阶段。

第一阶段是普通白口铸铁；第二阶段是镍硬铸铁；第三阶段是高铬白铸铁至今已发展成系列化和标准化，进行工业化大批量生产。

国际镍硬铸铁成分和性能如表7。

美国，日本及欧洲各国20世纪初就开始采用镍硬铸铁，目前已发展到镍硬4#，铬含量由2％提高到9％，镍由4.5％提高到6.0％，共晶炭化物由M3C型变成M7C3型，使力学性能显著提高，铸态厚截面即可获得马氏体组织，硬度在HRC62以上，并且具有一定韧性，主要应用于辊式磨的磨环和磨辊。

其特点是可以铸态使用，对于几吨重的大铸件如磨辊，不便热处理，可以铸态使用。

由于镍原料价格高，国内很少采用。

许多单位研制中铬铸铁等新型耐磨材料以便取代它。

国外使用最多的是高铬铸铁主要用于磨球、衬板、锤头、泵件等耐磨铸件上。

根据不同工况条件选用不同成分，显示出优异的经济效益。

国外高铬白口铸铁的成分性能如表8 。

我国耐磨白口铸铁的研究与应用大体分为两个阶段。

20世纪70年代以前主要研究与应用普通白口铸铁、低合金铸铁及抗磨球墨铸铁；70年代以后以水泥工业为例引进多条新型干法生产线在粉磨设备消化引进中发现，国外大型磨机衬板，辊式磨辊采用高铬白口铸铁耐磨性能优异。

因此国内科研制造单位开始研究高铬白口铸铁在国产设备上应用。

80年代进入成熟阶段，改革开放20年来国内对铬系白口铸铁的研究不断深入，从合金化理论到生产工艺都取得突破性进展，获得大量科研成果，低铬、中铬、高铬、超高铬磨球、衬板、锤头，高铬渣浆泵过流件，以及高铬铸铁与钢双金属复合铸造衬板、磨辊、轧辊等都已达到国际先进水平，1985年以来我国铬系合金白口铸铁，镍铬合金白口铸铁已制定国家标准，1999年进行修改，如表9。

其中七个牌号Ni4Cr2一DT，Ni4Cr2一GT，Cr9Ni5，Crl2，Crl．5Mo，Cr20Mo，Cr26，基本等效采用美国标准ASTM．A532／A532M一93a，说明我国耐磨白口铸铁技术已与国际接轨。

为了提高高铬白口铸铁的耐磨性和使用的可靠性，国内外科技人员进行大量的研究工作。

如在高铬铸铁中加入3—5％的钒，形成高硬度的VC星型炭化物；日本专家提出加硼改变高铬铸铁的炭化物形态，少量硼形成高硬度的硼化物，显著提高其耐磨性。

国内宁耐厂研制Cr26BW 高铬耐磨铸铁，也取得良好效果。

前苏联高铬锰白口铸铁(2.5—3.2％c，12.0—15.0％cr，3.5—5.0％Mn)淬透性可达200毫米，硬度HRC60—63，可用于制造泵件和磨机衬板。

可见任何事物没有最好，只有更好。

球墨铸铁具有优良的力学性能，自20世纪40年代研制成功以来在汽车、农机和建材等工业部门得到广泛的应用，世界球铁产量已达百万吨以上球铁具有良好的强度和韧性，而且具有良好的耐磨性和抗冲击疲劳性能。

我国82年制定了中锰抗磨球墨铸铁件标准(GB3180—82)．近年来许多单位研制出马氏体基体，奥贝基体，马贝基体的磨球、衬板，在建材、电力行业应用，取得良好效果。

我国自行开发的低合金白口铸铁，成本低，性能良好，在中小冲击负荷下取得良好效果。

其成分性能如表10。

近年来我国还开发研制了锰系白口铁，硼系白口铁。

锰系白口分中锰(5—6％)，高锰(7—1l％)两类，是结合我国资源情况而研制的。

硼系白口铁分高碳低硼和低碳高硼两类，采用不同热处理工艺，得到相应的力学性能。

锰系、硼系白口铁的成分和性能如表11。

5 耐磨材料的选择与应用从上述可以看出国内外可提供的耐磨材料种类繁多，可以满足各种工况条件的需要。

现在的问题是制造厂，如何生产出内在、外观质量优异的产品。

近年来学术界，企业家认识到生产优质产品，必须有优良的设备，必须有完善的检测手段。

目前我国大多数厂家采用冲天炉、中频炉或双联法生产，少数厂采用电弧炉生产。

炉外精炼和连铸工艺更少，造成冶金质量、钢水纯洁度比国外差距很大，去气、去夹杂都不理想。

铸造工艺上国内大多采用手工造型，湿砂铸造，效率低，铸件缺陷多，造成耐磨件早期失效。

热处理设备多为烧煤或烧油或用煤气加热，仅有少数厂家采用电炉或连续热处理炉，造成热处理质量差，产品性能不稳定。

我国耐磨材料生产厂有数百家，多为中小厂，检测手段不全，有的连成分全分析都不能保证；机械性能更很少检侧，造成虽然有好的成分、好的工艺设计，却不能生产出稳定的优质产品。

因此建议制造厂：首先，从冶金质量上下功夫，有条件的厂生产高锰钢、合金钢、高铬铸铁，应采用电弧炉冶炼或配以炉外精炼，或采用真空冶炼。

有效的降低非金属夹杂物和气体含量，纯洁钢水，提高力学性能、耐磨性和使用性能。

第二．推广先进的铸造工艺技术。

如消失摸(EPC)工艺，金属型覆砂工艺，自硬树脂砂工艺，离心铸造工艺，挤压造型工艺等。

改善铸件表面质量，并使铸件内部组织致密，无缩孔、疏松等缺陷。

第三．采用金属型激冷、加入复合变质剂处理，采用悬浮浇注，控制浇注温度，进一步减少夹杂、夹砂、气孔、缩孔等缺陷，提高铸件致密的度，细化晶粒，提高耐磨性。

第四．热处理设备建议应用以天然气，煤气，油电为能源的热处理设备。

逐步淘汰燃煤式热处理炉，发展连续热处理炉，加强升温速度，保温时间的监控，确保理想的热处理质量。

第五．我国高锰钢、抗磨白口铸铁等都制定了国家标准，耐磨合金钢也将制定国家标准，制造厂应参照国家标准，制定更严格的企业标准指导生产。