機械工程材料：耐磨鋼

抵抗磨料磨損的鋼。這類鋼還沒有成為一個完全獨立的鋼種﹐其中公認的耐磨鋼是高錳鋼。也有人將軸承鋼﹑石墨化鋼或其他適當?shù)匿撟鳛槟湍ヤ撌褂谩?

高錳鋼 高錳鋼是抗沖擊磨損的典型耐磨鋼﹐1882年英國人R.A.哈德菲爾德首先制成﹐故又稱哈德菲爾德鋼。它含有約1.2%的碳和13%的錳﹐經(jīng)1000～1050℃的水中淬火處理后能獲得全部的奧氏體組織﹐因此也稱奧氏體高錳鋼。它具有很好的韌性和很強的加工硬化傾向﹐在沖擊條件下顯示出優(yōu)越的耐磨性。高錳鋼主要用於制作顎式破碎機齒板﹑挖掘機斗齒和鐵路道岔等。

其他耐磨鋼 在機械工程中根據(jù)使用條件和工藝要求的不同。常選用其他適當?shù)匿摲N來作為耐磨鋼使用。主要的有4類。

低合金高強度鋼﹕這類鋼的含碳量較低﹐可焊性好﹐可通過正火或淬火─回火﹐達到適當?shù)挠捕群鸵欢ǖ牡挚鼓チ夏p的能力。主要用於制造礦用載重車的翻斗﹐輸?shù)V槽和洗煤設(shè)備等。

中碳鋼和中碳合金鋼﹕這類鋼經(jīng)熱處理后具有高的強度和較好的耐磨性﹐可用於制造犁鏵﹑松土器﹑推土機上的易磨損零件等。

高碳鋼和合金工具鋼﹕這類鋼經(jīng)熱處理后可獲得高的耐磨性﹐可用於制造受沖擊載荷不大的零件﹐如耙片﹑收割機刀片﹑磨煤機磨輥或球磨機的磨球等。

中鉻鋼和高鉻鋼﹕這類鋼中含有鉻﹑耐腐蝕﹐因此適於制造在水中或在一定腐蝕條件下的耐磨料磨損的易損零件﹐如泥漿泵和水輪機中的易磨損零件等。2100433B

耐磨鋼簡史

耐磨鋼作為一種專用鋼大約始于十九世紀后半葉。1883年英國人哈德菲爾德（R0.A0.Hadfield）首先取得了高錳鋼的專利，至今已有100多年的歷史，高錳鋼是一種碳含量和錳含量較高的耐磨鋼，這個具有百余年歷史的古老鋼種，由于它在大的沖擊磨料磨損條件下使用時具有很強的加工硬化能力，同時兼有良好的韌性和塑性，以及生產(chǎn)工藝易于掌握等優(yōu)點，因此，它仍然是耐磨鋼中用量最大的一種（尤其是在礦山等部門）。近幾十年來，低、中合金耐磨鋼的開發(fā)與應(yīng)用發(fā)展很快，由于這些鋼具有較好的耐磨性和韌性，生產(chǎn)工藝較簡單，綜合經(jīng)濟性合理，在許多工況條件下適用，受到用戶的歡迎。為了適應(yīng)礦山采運機械與工程機械發(fā)展的需要，所研制的高硬度耐磨鋼板，20世紀70～80年代在國際上已形成系列并標準化。這類鋼是在低合金高強度可焊接鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它們一般采用軋后直接淬火并回火，或?qū)嵭锌剀?、控冷工藝進行強化，可節(jié)約能源，且合金元素含量低，價格較便宜，但硬度高，耐磨，工藝性能尚可，由于具有了這些優(yōu)點使這類耐磨鋼板很受用戶歡迎。日、英、美等國的一些鋼鐵公司都生產(chǎn)這類耐磨鋼。

耐磨鋼分類

耐磨鋼種類繁多，大體上可分為高錳鋼，中、低合金耐磨鋼，鉻鉬硅錳鋼，耐氣蝕鋼，耐磨蝕鋼以及特殊耐磨鋼等。一些通用的合金鋼如不銹鋼、軸承鋼、合金工具鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼等也都在特定的條件下作為耐磨鋼使用，由于它們來源方便，性能優(yōu)良，故在耐磨鋼的使用中也占有一定的比例。

耐磨鋼化學(xué)成分

中、低合金耐磨鋼這類鋼中通常所含的化學(xué)元素有硅、錳、鉻、鉬、釩、鎢、鎳、鈦、硼、銅、稀土等。美國很多大中型球磨機的襯板都用鉻鉬硅錳或鉻鉬鋼制造。而美國的大多數(shù)磨球都用中、高碳的鉻鉬鋼制造。在較高溫度（例如200～500℃）的磨料磨損條件下工作的工件或由于摩擦熱使表面經(jīng)受較高溫度的工件，可采用鉻鉬釩、鉻鉬釩鎳或鉻鉬釩鎢等合金耐磨鋼，這類鋼淬火后，經(jīng)中溫或高溫回火時，有二次硬化效應(yīng)。

耐磨鋼應(yīng)用

耐磨鋼廣泛用于礦山機械、煤炭采運、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、建材、電力機械、鐵路運輸?shù)炔块T。例如，球磨機的鋼球、襯板、挖掘機的斗齒、鏟斗，各種破碎機的軋臼壁、齒板、錘頭，拖拉機和坦克的履帶板、風(fēng)扇磨機的打擊板，鐵路轍叉，煤礦刮板輸送機用的中部槽中板、槽幫、圓環(huán)鏈，推土機用鏟刀、鏟齒，大型電動輪車斗用襯板，石油和露天鐵礦穿孔用牙輪鉆頭等等，以上所列舉的還主要限于屬于經(jīng)受磨料磨損的耐磨鋼的應(yīng)用，而各種各樣的機械中凡是有相對運動的工件問，皆會產(chǎn)生各種類型的磨損，都會有提高工件材料耐磨性的要求或要求采用耐磨鋼，這方面的例子則不勝枚舉。礦石和水泥磨機中使用的研磨介質(zhì)（球、棒和襯板）是消耗量很大的鋼鐵磨損件。在美國，磨球大多數(shù)是用碳素鋼和合金鋼鍛造或鑄造的，它們占磨球總消耗量的97%。在加拿大，消耗的磨球中鋼球占81%。據(jù)80年代末統(tǒng)計，中國每年消耗磨球約80～100萬t，全國磨機襯板的年消耗量近20萬t，這其中絕大多數(shù)為鋼制品。中國煤礦用刮板輸送機中部槽每年要消耗6～8萬t鋼板。

耐磨鋼生產(chǎn)工藝

耐磨鋼都是用電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉的，產(chǎn)品以鑄件為多，近年來，鍛、軋等熱加工材正在增多。在一般機械中使用的耐磨鋼件的生產(chǎn)方法與其他工件并沒有太大的區(qū)別，只是在熱處理工藝或表面處理工藝方面應(yīng)有所要求，以達到保證耐磨性的需求。對于那些材質(zhì)冶金純凈度顯著影響耐磨性的鋼件應(yīng)采取精煉措施，并對有害雜質(zhì)和氣體提出限量要求。除基體外第二相的數(shù)量、形狀和分布往往對鋼件的耐磨性能有重大影響，此時需要從鋼的化學(xué)成分設(shè)計、冶煉、熱加工、熱處理（含熱機械處理）等等方面統(tǒng)籌考慮，以便從冶金因素方面力爭達到提高耐磨性的要求。

耐磨鋼強化技術(shù)

磨損是發(fā)生在工件表面的過程，因此，強化工件表面就顯得十分重要。鋼的表面強化技術(shù)有著悠久的歷史，例如，滲碳技術(shù)至少可以追溯到兩干多年前中國的漢朝，而一千多年前的中國史書中已有關(guān)于碳氮共滲工藝的記載。近幾十年來，各種各樣的表面強化技術(shù)與裝備發(fā)展迅速，采取必要的表面強化及表面改性措施，不僅可以節(jié)約大量的原材料，而且可以賦予工件表面層以各種特殊的、作為整體材料難以得到的組織結(jié)構(gòu)與性能，從而取得最優(yōu)異的耐磨性能和巨大的經(jīng)濟效益。如今，表面強化技術(shù)已成為耐磨鋼（包括耐磨材料）的研究與應(yīng)用的一個重要發(fā)展方向。

耐磨鋼工藝發(fā)展

近年來鋼鐵材料的表面強化（潤化）技術(shù)發(fā)展很快，有關(guān)新技術(shù)、新工藝層出不窮，針對不同需要可以選擇不同的表面強化技術(shù)來提高鋼件在各種類型磨損條件下的耐磨性，以價格較低廉的基體材料制作工件取代昂貴的合金鋼。滲碳、碳氮共滲、滲氮等工藝仍然是強化機械零件的主要措施，采用共滲、復(fù)合滲、滲硼、滲金屬、噴焊、堆焊、氣相沉積、電刷鍍、離子注入等工藝在不同機件的各種工況條件下都取得了提高耐磨性的明顯效果。此外，鑄滲、復(fù)合鑄造等鑄造工藝在耐磨鋼件的制造中也有應(yīng)用。

耐磨鋼軋制

普通低合金的耐磨鋼，如18MnPRe(輸煤槽體鋼)、41Mn2SiRe(拖拉機履帶鋼)、55SiMnCuRe(推土機推刀刀刃鋼)、65SiMnRe(犁鏵鋼)等的熱軋同一般低合金鋼，可以按用戶要求，軋制成板材和型材。唯有高合金的耐磨鋼，如在沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼(Mnl3、12%Mn一2%Cr、12%Mn一2%Mo等奧氏體耐高錳鋼)屬于難變形的耐磨鋼，有其特殊的加工規(guī)律。這種鋼機械加工困難，基本上都用于鑄件，但也有軋成某種形狀尺寸的軋材作某些特殊用途，如生產(chǎn)中空釬鋼(見中空鋼軋制)用的高錳鋼芯材(棒鋼)。由于這種鋼含錳量高，鋼錠鑄態(tài)組織的柱狀晶發(fā)達，偏析比較嚴重，變形抗力大，導(dǎo)熱性差(僅為普碳鋼的1/3～1/4)，線.膨脹系數(shù)大，過熱敏感性強，塑性差，所以熱軋中要注意掌握如下的加工規(guī)律：

(1)掌握好加熱速度與加熱溫度。要緩慢加熱，700℃前，加熱速度不大于70℃/h，防止熱應(yīng)力大而產(chǎn)生開裂。保證足夠的加熱時間和保溫時間，以獲得均勻及塑性良好的單相奧氏體。加熱溫度過高，晶粒會嚴重長大，降低鋼的可軋性及成材后的力學(xué)性能；加熱溫度過低，鋼的塑性不良，易于軋裂。幾種高錳鋼芯材鋼的加熱及軋制溫度規(guī)范如表所示。加熱要均勻，各面溫差不得超過20～30℃。還必須盡量保證爐內(nèi)呈還原性或中性氣氛，減少脫碳，防止表面產(chǎn)生硬而脆的低碳高錳鋼.

高錳鋼芯材鋼的加熱及軋制溫度規(guī)范

錠或坯 裝爐溫度/℃ 加熱溫度/℃加熱時間/min保溫時間/min 開軋溫度/℃ 終軋溫度/℃

120方錠 ≤650 1080～1130 170 40 1050～1100 950

60方坯 ≤750 1060～1110 110 10 1040～1080 950

(2)注意孔型設(shè)計，變形要均勻，但頭幾道次的變形量要比普碳鋼和一般低合金鋼的小。軋制時應(yīng)逐道翻鋼90。。軋制速度不能太高，開坯機軋輥的線速度不大于3m/s。軋制成材后，用熱鋸切成定尺并進行矯直.

高錳鋼開坯軋裂的原因不外兩方面：一是鋼錠質(zhì)量不佳，如鋼中磷含量偏高，出鋼溫度過高，鋼錠冷卻緩慢，使得晶界磷化物、碳化物及其夾雜物聚集或鋼錠縮孔嚴重，都會降低可軋性；二是軋制條件不當，如加熱速度過快，加熱溫度偏高或偏低，保溫時間不足，開頭幾道變形量過大或軋制速度太快，都易出現(xiàn)軋裂.

耐磨鋼棒有兩種：一種是，熱軋圓鋼；另一種是調(diào)質(zhì)熱處理鋼棒，熱軋圓鋼通過熱處理獲得的基體組織主要是貝氏體的耐磨鋼棒；