耐磨鋼

對(duì)于“磨損”尚無(wú)統(tǒng)一的定義。一般認(rèn)為磨損是物體工作表面材料在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中不斷破壞或損失的現(xiàn)象。而對(duì)于磨損的分類也有很多方法，若按磨損機(jī)制劃分，可分為磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、接觸疲勞磨損、沖擊磨損、微動(dòng)磨損等大類。在工業(yè)領(lǐng)域中磨料磨損和粘著磨損在工件磨損失效中占有最大比例，而沖蝕、腐蝕、疲勞、微動(dòng)等磨損失效方式由于往往產(chǎn)生在一些重要構(gòu)件的運(yùn)行中，故日益受到重視。在工況條件下，往往是幾種磨損形式同時(shí)或先后出現(xiàn)，磨損失效交互作用呈現(xiàn)較復(fù)雜的形式。確定工件磨損失效的類型是合理選用或研制耐磨鋼的依據(jù)。另外，零、部件的磨損是一個(gè)系統(tǒng)工程問(wèn)題，影響磨損的因素很多，它包括工作條件（載荷、速度、運(yùn)動(dòng)方式）、潤(rùn)滑條件、環(huán)境因素（濕度、溫度、周圍介質(zhì)等）、材料因素（成分、組織、力學(xué)性能）、零件表面質(zhì)量及物理化學(xué)特性等。其中每個(gè)因素的改變都可能使磨損量改變，甚至使磨損機(jī)制改變。由此可見(jiàn)，材料因素只是影響工件磨損的因素之一，要提高鋼件的耐磨性需要從特定條件下的摩擦、磨損系統(tǒng)整體著手才會(huì)取得預(yù)期的效果。

1、鋼板切割方法適用于冷切割和熱切割。冷切割包括有水射流切割、剪切、鋸切或磨料切割；熱切割包括有氧氣燃料火焰切割（以下簡(jiǎn)稱“火焰切割”）、等粒子切割和激光切割。

2、切割方法：通過(guò)相關(guān)工藝試驗(yàn)，掌握鋼板各種切割方法的一般特性和切割厚度范圍。

3、高級(jí)別耐磨鋼的火焰切割方法與普通低碳和低合金鋼的切割一樣簡(jiǎn)單，在切割耐磨鋼厚板時(shí)，需要注意?。。‰S著鋼板厚度和硬度的增加，切割邊部出現(xiàn)裂紋傾向加大。為防止鋼板切割裂紋的產(chǎn)生，切割時(shí)應(yīng)遵循以下建議：

切割裂紋：鋼板切割裂紋類似于焊接時(shí)產(chǎn)生氫致裂紋，如果鋼板切邊產(chǎn)生裂紋，將會(huì)在切厚48小時(shí)至幾周內(nèi)才出現(xiàn)。因此，切割裂紋屬于延遲性裂紋，鋼板厚度和硬度越大，出現(xiàn)切割裂紋就越大。

預(yù)熱切割：預(yù)防鋼板切割裂紋最有效的方法，就是在切割前進(jìn)行預(yù)熱。在進(jìn)行火焰切割前，鋼板通常都要預(yù)熱，其預(yù)熱溫度高低主要取決于鋼板質(zhì)量等級(jí)和板厚。預(yù)熱方法可采用火焰燒槍、電子加熱墊進(jìn)行的，也可以使用加熱爐加熱。為確定鋼板預(yù)熱效果，應(yīng)在加熱點(diǎn)被面測(cè)試所需溫度。

注意：預(yù)熱特別注意，要使正個(gè)鋼板界面均勻受熱，以免接觸熱源的區(qū)域出現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象。

低速切割：避免切割裂紋的另一種方法就是降低切割速度。如果無(wú)法進(jìn)行整版預(yù)熱，則可以使用局部預(yù)熱法代替。使用低速切割方法防止切割裂紋，其可靠性不如預(yù)熱。建議切割前先對(duì)切割帶用火焰槍空泡幾趟進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度達(dá)到100°C左右為宜。

特別說(shuō)明：將預(yù)熱和低速兩種火焰切割方法結(jié)合使用，可以進(jìn)一步降低切割裂紋的出現(xiàn)幾率。

切割后緩冷要求：無(wú)論對(duì)切割不見(jiàn)是否預(yù)熱，鋼板切割后的緩冷都會(huì)有效降低切割裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。如果切割后將其帶有溫?zé)岬牟灰?jiàn)進(jìn)行堆放，使用隔熱毯將其覆蓋，也可以實(shí)現(xiàn)緩冷，緩冷要求冷卻到室溫。

切割后加熱要求：對(duì)于耐磨鋼板的切割，切割后立即采取加熱（低溫回火），也是預(yù)防切割裂紋的有效方法和措施。鋼板切厚通過(guò)低溫回火處理，可以有效消除切割參與應(yīng)力（低溫回火工藝；保濕時(shí)間安5min/mm），對(duì)于切割后加熱的方法，也采用燃燒槍、電子加熱毯和節(jié)哀熱爐的加熱方式進(jìn)行切割后的加熱。

4、降低鋼板軟化的措施鋼的抗軟化特性主要取決于它的化學(xué)成分、微觀組織和加工方式。對(duì)于熱切割的部件，部件越小，整個(gè)部件軟化的風(fēng)險(xiǎn)就越大。如果鋼板溫度超過(guò)200-250°C，鋼板硬度就會(huì)降低。

切割方法：鋼板在切割小型部件時(shí)，焊槍和預(yù)熱所供應(yīng)的熱量將會(huì)在工件中聚集。切割不見(jiàn)尺寸越小，切割工件尺寸不得小于200mm，否則工件就將有軟化的風(fēng)險(xiǎn)。消除軟化風(fēng)險(xiǎn)的最好的辦法是冷切割，例如水射流切割。若必須使用熱切割，則有限選擇等離子或激光切割。這是因?yàn)榛鹧媲懈罱o工件提供更多的熱量，因此提高了工件的溫度。

水下切割方法：限制和降低軟化區(qū)范圍的有效方法，在切割過(guò)程中使用水來(lái)楞伽鋼板及切割表面。因此，鋼板即可放在水中切割，也可以向切割面噴水進(jìn)行切割。使用水下切割方法可選擇等離子或火焰切割。水下切割具有以下特征：

切割熱影響區(qū)小；

防止整個(gè)工件的硬度降低；

減少切割工件變形；

切割后可以直接對(duì)工件進(jìn)行冷卻。

磨損是工件失效的主要形式之一，磨損造成了能源和原材料的大量消耗，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，能源的1/3到1/2消耗于摩擦與磨損。據(jù)原聯(lián)邦德國(guó)技術(shù)科學(xué)部估測(cè)，原聯(lián)邦德國(guó)因磨損造成的損失每年達(dá)到100億馬克。美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）和美國(guó)能源發(fā)展局（ERDA）提出的一項(xiàng)減輕摩擦和磨損的發(fā)展計(jì)劃，可使美國(guó)每年節(jié)支160億美元，即為能源消耗的11%。據(jù)美國(guó)刊物介紹，美國(guó)幾大類產(chǎn)品每年由于磨損所造成的損失是：飛機(jī)134億美元，船舶64億美元，汽車400億美元，切削工具28億美元。中國(guó)對(duì)摩擦和磨損所造成的損失尚缺乏全面的統(tǒng)計(jì)。根據(jù)中國(guó)機(jī)械部門1974～1975年的調(diào)查報(bào)告，汽車配件年耗用鋼材23萬(wàn)t，其中2/3用于維修，而大部分是由于磨損所致。另?yè)?jù)中國(guó)電力、建材、冶金、采煤和農(nóng)機(jī)等5個(gè)部門的不完全統(tǒng)計(jì)，每年備件消耗鋼材在150萬(wàn)t以上，以煤礦所用刮板輸送機(jī)為例，由于中部槽磨損所造成的損失每年為1～2億元人民幣。如果再考慮到其他機(jī)械設(shè)備磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失和鋼材的消耗那將是很驚人的。由此可見(jiàn)，提高耐磨鋼的質(zhì)量，開發(fā)新型高性能耐磨鋼，以及廣泛、深入地開展鋼材磨損機(jī)理的研究，以降低由于磨損造成的損失，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展是一件具有重要意義的工作。

耐磨鋼簡(jiǎn)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(guó)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(lái)，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(jiǎn)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(guó)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(lái)的，它們一般采用軋后直接淬火并回火，或?qū)嵭锌剀垺⒖乩涔に囘M(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(guó)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(lái)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(guó)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(guó)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(wèn)，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(guó)，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(guó)每年消耗磨球約80～100萬(wàn)t，全國(guó)磨機(jī)襯板的年消耗量近20萬(wàn)t，這其中絕大多數(shù)為鋼制品。中國(guó)煤礦用刮板輸送機(jī)中部槽每年要消耗6～8萬(wàn)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(lái)，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(méi)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(zhēng)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(guò)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(guó)的漢朝，而一千多年前的中國(guó)史書中已有關(guān)于碳氮共滲工藝的記載。近幾十年來(lái)，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(lái)鋼鐵材料的表面強(qiáng)化（潤(rùn)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(lái)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(jiàn)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(guò)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(guò)高，晶粒會(huì)嚴(yán)重長(zhǎng)大，降低鋼的可軋性及成材后的力學(xué)性能；加熱溫度過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)熱處理獲得的基體組織主要是貝氏體的耐磨鋼棒；

耐磨鋼球(grinding ball)，是一種用于球磨機(jī)中的粉碎介質(zhì)，用于粉碎磨機(jī)中的物料。耐磨鋼球有四種：一種是，以鉻為主要合金元素的白口鑄鐵簡(jiǎn)稱鉻合金鑄鐵，以鉻合金鑄鐵為材料的鑄造磨球稱為鉻合金鑄鐵磨球；第二種是，以球墨鑄鐵為材料的鑄造磨球稱為球墨鑄鐵磨球，其中通過(guò)熱處理獲得的基體組織主要是貝氏體的球墨鑄鐵磨球簡(jiǎn)稱貝氏體球鐵磨球；通過(guò)熱處理獲得的基體組織主要是馬氏體的球墨鑄鐵磨球簡(jiǎn)稱馬氏體球鐵磨球。第三種是用鋼廠產(chǎn)的圓鋼熱軋而成的鋼球，全過(guò)程自動(dòng)化控制，鋼球硬度均勻，心部硬度高，破碎率低，鋼球沖擊值大，第四種是用火車轱轆下料鍛打而成，這種鋼球成本低，但鋼球心部硬度低，易破碎，耐磨性能差。