耐磨合金鋼

20世紀80年代以來，隨着我國經濟和科技的高速發展，我國耐磨合金鋼的研究、開發、製造和應用獲得了很大的發展。研製的耐磨合金鋼種和通過專家鑑寫的牌號眾多，其中不乏是專利牌號。通過國際交流與合作，國外耐磨合金鋼牌號成分、組織、性能與應用，特別是將近20年來我國自行研製的經過工業性對比試驗的耐磨合金鋼鋼種儘可能收集在內。耐磨合金鋼以化學成分元素含量的多少分為三類：第一類耐磨低合金鋼，合金元素總質量分數不超過5%；第二類耐磨中合金鋼，合金元素總質量分數為5%-10%；第三類，耐磨高合金鋼，合金元素總質量分數超過10%。

一．耐磨合金鋼，耐磨合金鋼定義及分類

耐磨合金鋼應用於有一定衝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。如為提高強硬度、韌性淬透性及各項綜合性能指標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）不得高於5%即稱為低合金鋼（5-10%為中合金鋼，10-15%為高錳鋼），低合金鋼的力學性能特別是硬度和韌性可以在很大的範圍內調整，可根據不同的使用條件，將強度、衝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。

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

耐磨剛加入合金元素的主要目的在於提高淬透性、強度、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，經水淬和回火處理，硬度高，耐磨性好，具有較好的強韌性配合，使用中不易變形和斷裂，廣泛應用於挖掘機、裝載機及拖拉機的鬥齒、履帶板，中小型顎板、板錘、錘頭，球磨機襯板等。　2.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油淬（或空淬）熱處理並回火處理後，可得到強韌性較好、硬度高、耐磨性好的馬氏體鋼，用於球磨機襯板，中小型顎板、錘頭、板錘等。但這類鋼的韌度低於前述W（C）=0.20%-0.35%水淬熱處理的低合金馬氏體鋼，因此其應用時必須考慮工況的衝擊載荷。

幾種油淬或空淬的高強度馬氏體鑄鋼的化學成本、硬度與特性見表4（略），力學性能見表5（略），國外典型的油淬高強度鉻鉬馬氏體耐磨鋼的化學成本見表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衝擊疲勞性能，高的加工硬化能力；並因只含有較少的不昂貴的合金元素且不需經過複雜的熱處理而具有較低的生產成本。

高碳鉻錳鉬珠光體耐磨鑄鋼用於一定衝擊載荷的磨料磨損工況，如E型磨煤機的空心魔球及球磨機襯板。較典型的牌號是ZG85Cr2MnMo, ≥800MPa, ≥500MPa, ≥1%。有代表性的高碳鉻錳鉬珠光體耐磨鑄鋼的化學成分與力學性能見表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鉬礦球磨機中耐磨性對比試驗見表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於高錳鋼，低於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於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，通常採用表面感應淬火或火焰淬火；低碳鋼則可用滲碳、滲氮或碳氮共滲等工藝提高耐磨性。隨着硬度的提高，其耐磨性也相應增強。

在耐磨碳鋼中，W（C）=0.4%-0.70%的碳鋼佔有重要地位，美國的鑄鋼火車輪就是用W（C）=0.4%-0.70%的碳鋼製造的。

5.鑄造石墨鋼是超高碳共析鋼，經過適當的熱處理後，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。由於存在遊離石墨，這種鋼是一種耐磨擦磨損的結構材料。現石墨鋼多用於製造冶金軋輥，如初軋或粗軋作業的軋輥，因為少量的石墨可以提高軋輥的抗熱裂性能和抗氧化鐵皮粘附性能。