耐磨鋼是廣泛用于各種磨損工況的一類(lèi)合金鋼，100余年來(lái)新的耐磨鋼鋼種層出不窮，其冶煉、鑄造、熱處理和機(jī)加工工藝不斷改進(jìn)，耐磨鋼的綜合力學(xué)性能、耐磨性能和使用壽命逐步提高，其應(yīng)用領(lǐng)域日漸擴(kuò)大。當(dāng)我們回顧耐磨鑄鋼的歷史，我們會(huì)為同行前輩們的豐功偉績(jī)而驕傲，當(dāng)我們認(rèn)識(shí)耐磨鋼的現(xiàn)狀，我們將從中獲得啟迪，找尋不足，明確本行業(yè)的希望和未米的發(fā)展方向。 了解耐磨鋼的歷史發(fā)展，應(yīng)從合金鋼的發(fā)展說(shuō)起。
偉大的發(fā)明家Faraday不僅在電磁感應(yīng)及電化學(xué)方面為世界的現(xiàn)代文明作出了重要的貢獻(xiàn)，他還是一位偉大的冶金學(xué)家，他被稱為發(fā)展合金鋼的先驅(qū)〔1--3]0 Faraday在英國(guó)皇家學(xué)院工作期間，與Stodart一起在1820年發(fā)表了論文“改善鋼的合金試驗(yàn)”，在1822年發(fā)表了論文“論鋼的合金”。這兩篇關(guān)于合金鋼的論文后來(lái)被世人稱為合金鋼歷史初期的重要貢獻(xiàn)。Faraday在1820--1822年間試驗(yàn)研究了加人銅、鎳、鉻及貴金屬元素的鋼，這一研究雖然在當(dāng)時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生什么直接意義的結(jié)果，但其系統(tǒng)的試驗(yàn)對(duì)后來(lái)的合金鋼發(fā)展具有啟發(fā)性并有著深遠(yuǎn)的意義[[3]。后來(lái)人們逐漸認(rèn)識(shí)到Faraday的工作在合金鋼發(fā)展史上的重要地位，因而推崇他為合金鋼研發(fā)的先驅(qū)。
第二位代表人物是Mushet，他在1868年研發(fā)出高鎢自淬工具鋼即Mushet 特殊鋼，其特點(diǎn)是不需要淬火而具有高的硬度，用該鋼制造的刀具車(chē)削速度和使用壽命均比碳素鋼刀具高很多。在此基礎(chǔ)上高碳合金工具鋼得到發(fā)展，經(jīng)過(guò)后人們不斷改進(jìn)，在1906年研發(fā)出今天仍在使用的W18Cr4V型高速鋼
Faraday和Mushet被后人公認(rèn)在合金鋼方面做了一些開(kāi)創(chuàng)性的試驗(yàn)研究工作，但這只能說(shuō)是現(xiàn)代合金鋼的前奏[[31，而英國(guó)人Hadf ield才是現(xiàn)代合金鋼的奠基人。Hadfield在1882年9月發(fā)明了耐磨高錳鋼(又稱Hadf ield高錳鋼)，在 1884年又發(fā)明了制造硅鋼片的硅鋼，這兩種有特殊性能的新合金鋼的出現(xiàn)，為世界進(jìn)入現(xiàn)代合金鋼時(shí)代揭開(kāi)了序幕。Hadf ield堪稱是偉大的發(fā)明家，他在1882 年研制的耐磨高錳鑄鋼主要成分是w(C)二1.35%，w(Si)二0.69%, w(Mn)= 12.76%，其主要特點(diǎn)是有很好的韌性而且越磨越硬。1892年高錳鑄鋼首次被工業(yè)應(yīng)用，在電車(chē)軌道的道岔上試用成功，之后100余年耐磨高錳鑄鋼得到了廣泛的應(yīng)用，至今仍在許多大沖擊強(qiáng)磨損工況應(yīng)用而不能被替代，如用做圓錐式破碎機(jī)軋臼壁和破碎壁，大型M式破碎機(jī)z板等，而且百年前的成分與今相仿，不能不說(shuō)是合金鋼史上的奇跡。由于Hadf ield鋼是耐磨高錳鑄鋼，因而Hadfield也是現(xiàn)代耐磨鋼的奠基人。真正的現(xiàn)代耐磨鋼發(fā)展始于1882年。
中、高碳低合金和中合金耐磨鋼的發(fā)展則是與合金結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展相伴的。中碳合金結(jié)構(gòu)鋼的出現(xiàn)是從19世紀(jì)末鎳鋼的研制開(kāi)始的，1878-1888年間，法國(guó)的冶金學(xué)家冶煉出鎳合金鋼，此后各種中碳合金結(jié)構(gòu)鋼相繼出現(xiàn)。20世紀(jì)初典型的4340 (40NiCrMo)合金鋼(w(C)=0.4%，二(NO=1.65%一2.00%,
w(Cr)=0.70% -0.90%, w (Mo) = 0.20% ---0.30%)即開(kāi)始應(yīng)用直到現(xiàn)在。中、低合金耐磨鋼的發(fā)展借鑒了合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分，但在制備工藝方面有較多的改進(jìn)，特別是熱處理工藝與合金結(jié)構(gòu)鋼有較大的不同，大多采用淬火后低溫回火的熱處理工藝，以獲得高強(qiáng)度、高硬度和一定韌性的配合，以滿足耐磨損的要求。中、低合金耐磨鋼的發(fā)展還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，那就是在許多磨損工況特別是中低沖擊或無(wú)沖擊的磨損工況逐漸替代了高錳鋼并表現(xiàn)出卓越的性能價(jià)格比，這也是中低合金耐磨鋼得以廣泛應(yīng)用的重要原因。以水泥廠球磨機(jī)耐磨襯板為例，20世紀(jì)60年代及其之前絕大多數(shù)襯板采用高錳鑄鋼，進(jìn)人70年代以后，逐漸使用了中碳低合金耐磨鋼。
在國(guó)外中、低合金耐磨鋼多為Cr, M?；駽r, Ni, Mo系合金鋼，在我國(guó)曾有一段時(shí)間著力開(kāi)發(fā)符合我國(guó)合金資源情況的Si, Mn系合金鋼，其典型鋼種是30Si2Mn。但隨著國(guó)內(nèi)外技術(shù)交流的擴(kuò)大和生產(chǎn)實(shí)踐的總結(jié)，人們逐漸意識(shí)到采用多元合金化是提高耐磨鋼淬透性、強(qiáng)韌性和硬度的行之有效的方法，因而近些年的中、低合金耐磨鋼大多采用了Cr, Mo, Ni, Si, Mn多元合金化。 我國(guó)在20世紀(jì)80年代之后大力開(kāi)展了中、低合金耐磨鋼的研制和工業(yè)應(yīng)用工作，取得了一系列成果，較典型的耐磨鋼種是30CrMnSiMoNi和Cr5 Mo鋼，用于制造球磨機(jī)襯板、錘破機(jī)錘頭及挖掘機(jī)斗齒等典型耐磨件，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。這一時(shí)期我國(guó)的許多單位還開(kāi)展了V, Ti, Nb,RE,B等微量元素在耐磨鋼中的應(yīng)用研究，進(jìn)一步提高了耐磨鋼的綜合性能。
在奧氏體錳鋼的發(fā)展過(guò)程中，除了Mn13系列高錳鋼，中錳鋼(w(Mn)二 6%-8%, w(Mo) =0.9%一1.2%)和Mn17系列高錳鋼(w(Mn)=16%一19%) 也得到發(fā)展。美國(guó)的Climax鋁公司在20世紀(jì)70年代發(fā)展了中錳鋼，該鋼以犧牲一些韌性換取高的加工硬化性能，用于沖擊不太大的磨損工況，該鋼種早已列人美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)并在1999年列人ISO奧氏體錳鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)。Mn17系列高錳鋼更適于厚大鑄件的生產(chǎn)，以高的韌性和加工硬化能力得以應(yīng)用，該鋼種在 1999年被列人IS(〕奧氏體錳鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)。
隨著耐磨鋼的發(fā)展，近些年用于特殊磨損工況的耐磨鋼逐漸引起人們的注意，如高溫氧化磨損工況下使用的耐熱耐磨鋼，濕態(tài)腐蝕磨損工況下使用的耐蝕耐磨鋼等，其研制和工業(yè)應(yīng)用已取得了一些成效，但相對(duì)奧氏體錳鋼和中低合金耐磨鋼而言還有待深人的試驗(yàn)研究和進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
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