機(jī)械工程材料：耐磨鋼簡介

抵抗磨料磨損的鋼。這類鋼還沒有成為一個(gè)完全獨(dú)立的鋼種﹐其中公認(rèn)的耐磨鋼是高錳鋼。也有人將軸承鋼﹑石墨化鋼或其他適當(dāng)?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(qiáng)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(jī)齒板﹑挖掘機(jī)斗齒和鐵路道岔等。

其他耐磨鋼 在機(jī)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(dāng)?shù)匿摲N來作為耐磨鋼使用。主要的有4類。

低合金高強(qiáng)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(dá)到適當(dāng)?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(qiáng)度和較好的耐磨性﹐可用於制造犁鏵﹑松土器﹑推土機(jī)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(jī)刀片﹑磨煤機(jī)磨輥或球磨機(jī)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(jī)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(jì)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(gè)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(shí)具有很強(qiáng)的加工硬化能力，同時(shí)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(diǎn)，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(jì)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(yùn)機(jī)械與工程機(jī)械發(fā)展的需要，所研制的高硬度耐磨鋼板，20世紀(jì)70～80年代在國際上已形成系列并標(biāo)準(zhǔn)化。這類鋼是在低合金高強(qiáng)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(jìn)行強(qiáng)化，可節(jié)約能源，且合金元素含量低，價(jià)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(diǎn)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(jī)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(shí)，有二次硬化效應(yīng)。

耐磨鋼應(yīng)用

耐磨鋼廣泛用于礦山機(jī)械、煤炭采運(yùn)、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、建材、電力機(jī)械、鐵路運(yùn)輸?shù)炔块T。例如，球磨機(jī)的鋼球、襯板、挖掘機(jī)的斗齒、鏟斗，各種破碎機(jī)的軋臼壁、齒板、錘頭，拖拉機(jī)和坦克的履帶板、風(fēng)扇磨機(jī)的打擊板，鐵路轍叉，煤礦刮板輸送機(jī)用的中部槽中板、槽幫、圓環(huán)鏈，推土機(jī)用鏟刀、鏟齒，大型電動(dòng)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(jī)械中凡是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件問，皆會(huì)產(chǎn)生各種類型的磨損，都會(huì)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(jī)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(jì)，中國每年消耗磨球約80～100萬t，全國磨機(jī)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(jī)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(jī)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(dá)到保證耐磨性的需求。對(duì)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(duì)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(duì)鋼件的耐磨性能有重大影響，此時(shí)需要從鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)、冶煉、熱加工、熱處理（含熱機(jī)械處理）等等方面統(tǒng)籌考慮，以便從冶金因素方面力爭達(dá)到提高耐磨性的要求。

耐磨鋼強(qiáng)化技術(shù)

磨損是發(fā)生在工件表面的過程，因此，強(qiáng)化工件表面就顯得十分重要。鋼的表面強(qiáng)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(qiáng)化技術(shù)與裝備發(fā)展迅速，采取必要的表面強(qiáng)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(jì)效益。如今，表面強(qiáng)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(gè)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(qiáng)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(duì)不同需要可以選擇不同的表面強(qiáng)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(jià)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(qiáng)化機(jī)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(jī)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(jī)履帶鋼)、55SiMnCuRe(推土機(jī)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(jī)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(dá)，偏析比較嚴(yán)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(qiáng)，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(shí)間和保溫時(shí)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(huì)嚴(yán)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(shí)間/min保溫時(shí)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(jì)，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(shí)應(yīng)逐道翻鋼90。。軋制速度不能太高，開坯機(jī)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(jìn)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(yán)重，都會(huì)降低可軋性；二是軋制條件不當(dāng)，如加熱速度過快，加熱溫度偏高或偏低，保溫時(shí)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；