耐磨鋼是廣泛用于各種磨損工況的一類合金鋼，100余年來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，我們會為同行前輩們的豐功偉績而驕傲，當(dāng)我們認(rèn)識耐磨鋼的現(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)時沒有產(chǎn)生什么直接意義的結(jié)果，但其系統(tǒng)的試驗(yàn)對后來的合金鋼發(fā)展具有啟發(fā)性并有著深遠(yuǎn)的意義[[3]。后來人們逐漸認(rèn)識到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創(chuàng)性的試驗(yàn)研究工作，但這只能說是現(xiàn)代合金鋼的前奏[[31，而英國人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)代合金鋼時代揭開了序幕。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)末鎳鋼的研制開始的，1878-1888年間，法國的冶金學(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。
在國外中、低合金耐磨鋼多為Cr, M?；駽r, Ni, Mo系合金鋼，在我國曾有一段時間著力開發(fā)符合我國合金資源情況的Si, Mn系合金鋼，其典型鋼種是30Si2Mn。但隨著國內(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。 我國在20世紀(jì)80年代之后大力開展了中、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。這一時期我國的許多單位還開展了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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