李 智

（山东省冶金科学研究院有限公司，山东 济南 250014）

耐磨钢属于耐磨材料之一，在各类磨损工况中有着十分广泛的重点应用，科学技术的创新发展，新型耐磨钢种类也随之增多，冶炼、铸造与热处理以及机加工工艺同样获得创新提升，耐磨钢所具有的使用年限、综合力学性能以及耐磨性能获得显著提升。耐磨钢在冶金、铁路、军事与电力等众多行业领域获得广泛重点应用，也成为不可或缺的关键材料之一。基于相关统计，机械装备及其零部件，由于磨损引起的经济损失，占国民经济总产值约4%。所以，提高零部件使用年限，对磨损问题采取有效解决，是机械设备设计、制造与使用应当重点关注和考虑的焦点，耐磨材料也成为关乎现代生产效率的关键因素。

1 国内外生产现状

当前，我国钢铁行业，所生产制造的普通产品，明显供大于求，而高附加值品种则产量不足，难以充分满足基本需求。我国厚板轧机，经过技术创新与升级改造，规格和装备水平为厚板生产提供可靠保障，厚板轧机基于大轧制压力、大功率以及高强度设计，为TMCP工艺生产性能、质量更加优秀的厚板提供可靠保障[1]。

针对国内钢铁企业，高强度耐磨钢生产制造，此类钢铁企业逐渐增多，如鞍钢、湘钢与宝钢等。我国年消耗耐磨钢，实际总量已超400万t，钢板厚度介于6～80(100)mm。针对耐磨钢材料，有关生产工艺设备，鉴于国外技术发展较早，且技术较为先进，我国也积极引进先进生产线，基于国内具体情况，创新研发全新工艺设备。除此之外，对炼钢工艺新技术的科学应用，如炉外炼钢或是连铸等，产品综合性能指标获得显著改善，质量、性能方面均获得有效提高，金属消耗也得以显著减少。部分企业生产工艺的提升，产品质量标准甚至远超国际水平，并向全球其他国家大量出口，如舞钢生产的耐磨钢板，硬度HB≥360级，且具有刚强度结构，以原材料生产制造的设备，对高冲击与高磨损工况表现出明显优势，同样可用于屈服强度≥700MPa的高强度结构钢。充分保证强度的基础上，钢板所具有的冲击韧性以及焊接性能相对更高[2]。

针对国外钢铁企业，生产制造耐磨钢板的企业相对较多，如瑞典奥克隆德，生产研制HARDOX系列；德国迪林根，生产研制400V、500V产品；德国蒂森克虏伯，生产研制XAR400、XAR450、XAR500产品；日本JFE，生产研制EH360、EH400、EH500等产品；有关瑞典奥克隆德钢铁企业，其属于SSAB瑞典钢铁集团的重要工厂之一，在淬火与回火方面，技术水平远超其他国家企业，属于全球范围内最大的耐磨钢板与超高强度钢板生产制造商，淬火中厚钢板生产领域，在全球市场的占比高达60%，HARDOX Extreme系列的耐磨钢板，在硬度方面已经实现HB700级。德国TKS企业生产制造的耐磨钢，耐磨性能较高，结构较为特殊，经过淬火处理或是调制热处理，形成马氏体或是马氏体－贝氏体显微结构，钢板厚度最高能够达到10mm。日本JFE生产制造的耐磨钢，以JFE EVERHARD系列为主，涵盖传统级别的同时，并继续研发出全新产品，如超级耐磨钢EH-SP，同布氏硬度500级钢板做出对比，所具有的耐磨性能相对更高[3]。

2 耐磨钢生产研究现状

2.1 准贝氏体高强耐磨钢

关于“准贝氏体”概念，石油康沫狂率先提出，国内外众多专家学者对此保持高度关注，并对力学性能展开科学深入研究。针对准贝氏体耐磨钢，其所含成分详见表1。

表1 准贝氏体耐磨钢化学成分（质量分数）%

基于研究得知，针对准贝氏体钢，有关其组织构成上，主要以贝氏体铁素体以及残余奥氏体为主，强度与韧性方面相对较高，由于具有碳化物，也对钢性能产生一定的不利影响。有关准贝氏体钢，对合金元素的合理掺入，如Si、Al等，可对碳化物产生形成有效抑制。针对残余奥氏体，其属于碳的过饱和固溶体，发生磨损期间，由于外力作用影响，并获得高碳马氏体，由此形成硬质点。针对准贝氏体，同低碳马氏体相比，存在一定的相似性，而有关强韧性以及破断抗力方面，同样表现出良好的优势，硬质点存在良好的耐磨性，基体破断抗力相对较高，磨粒能够保证稳固，且不会出现断裂的现象，耐磨性可以得到充分保证[4]。

研究人员通过以贝氏体钢为对象，基于所含标准成分，对合金元素Si合理掺入，对碳化物析出形成有效抑制，并开发研究基于贝氏体铁素体与残余奥氏体共同构成的准贝氏体组织的高强耐磨钢，通过科学试验，对标准性能做出科学研究。基于结果得知，合理工艺标准情况，钢板也表现出最佳综合性能，强韧性、耐磨性等方面同样可以得到充分保证。

研究人员以新型HB400级高强度准贝氏体耐磨钢板为对象，基于各不相同温度标准条件，研究回火工艺对耐磨钢板组织、力学性能和耐磨性能所产生的作用影响。基于结果得知，钢板表现出的强韧性、耐磨性能相对良好，低温回火工艺，能够使韧性获得明显改善，新型耐磨钢板也表现出良好的回火抗力。以准贝氏体钢为原材料，生产干强度耐磨板，优势特点明显，生产工艺较为简便，且成本相对低廉[5]。

研究人员利用TMCP工艺，使准贝氏体耐磨钢板所具有的性能获得明显改善，使生产效率得以有效提高，最终实现高产稳产的效果。

2.2 奥氏体耐磨钢

高锰钢，即 %4.10.1)( -=Cω，，通过1000-1100℃水韧处理，能够得到单一奥氏体组织，而有关韧性以及加工硬化性能上，明显相对较高。高锰钢出现至今，获得广泛应用，早期阶段，高锰钢也属于非常重要的耐磨材料。不过，基于实践研究得知，高锰钢耐磨性需要相应的基础条件，需冲击力和应力足够大，且磨料足够硬，高锰钢则具有良好的耐磨性，不过，屈服强度相对较低，较易发生变形。鉴于此，随着钢铁行业的不断发展，高锰钢也被其他耐磨材料所代替。针对新型奥氏体锰钢，属于代替高锰钢的重要耐磨钢产品，对C、Mn元素含量采取合理减少，并对Cr元素加以合理掺入，可对C、Mn元素含量减少导致钢机械能力降低形成有效弥补。重力挤压作用，或是强烈冲击作用，此种情况下，高锰钢表面快速硬化，硬度显著提高，可达HB500级，心部并未发生改变，硬度、韧性保持不变，所以，也多用于冲击磨损工件。C元素含量的明显增加，能够使奥氏体锰钢所具有的抗磨性获得显著提升，不过，仅对C元素含量做出改变，相应的碳化物含量同样出现明显增加。所以，为对碳化物析出形成有效抑制，可对Nb、Mo等元素合理掺入，并采取相应的热处理，以此获得过饱和单相奥氏体，使锰钢所具有的韧性可以获得有效提高。热处理期间，碳化物出现明显的溶解，奥氏体晶粒则也出现明显的增大，对材料性能造成一定的影响。所以，有关针状碳化物问题，需运用科学合理的处理方法，通过采取科学有效的处理，使针状碳化物能够得到有效抑制，避免对高锰钢所具有的各项性能产生不利影响，促使高锰钢所具有的耐磨性可以获得有效提高。

有关轧制工艺，研究人员研发基于深度轧制为主，通过预变形表面硬化的方式，对高锰钢作出有效处理。基于结果得知，形变量发生变化，出现明显增加的情况下，组织内位错及孪晶密度也会受到影响，并表现出明显增加的趋势，晶粒同样也出现相应的细化。由于采取深度冷轧的方式，以至于高锰钢表面组织发生相应的改变，高密度位错及孪晶组织的出现，使高锰钢耐磨性能获得明显的改变提升，磨损表面存在的脆性剥落同样得到有效改善。与此同时，心部韧性相对良好，同样可使磨损期间疲劳剥落得到一定的改善。此轧制方式的合理运用，对高锰钢使用效率和应用范围的有效提升具有重要的影响和意义[6]。

2.3 马氏体耐磨钢

针对低合金马氏体钢，采用Mo、Cr、Ni等元素合金化，并结合淬火以及低温回火热处理，形成回火马氏体组织，韧性、强度与硬度方面相对较高。针对低合金马氏体钢奥氏体，表现出良好的稳定性，采取回火处理，可对淬火所形成的残余应力产生作用影响，最终得以有效降低或是消除，使材料所具有的韧性得到显著提高，脆性得以有效降低，获得韧性、强度与硬度适当配合[7]。针对低合金马氏体钢，具有相应的高位错板条状马氏体，可对磨损期间裂纹问题形成有效抵抗，与奥氏体高锰钢作出对比，中等冲击磨损标准，此钢表现出更加良好的综合机械性能。此外，化学成分开工至以及热处理工艺标准同样有着较为严格的标准。针对马氏体耐磨钢，其所含成分详见表1。

表2 马氏体耐磨钢化学成分（质量分数）%

针对低合金耐磨钢，C元素是影响性能的主要因素之一，C元素含量的不断提高，钢硬度尽管能够获得显著提高，不够，韧性、塑性同样获得显著降低。Cr的合理加入，能够使耐磨钢所具有的抗氧化性获得明显改善，使淬透性得以有效提高，抗腐蚀性能以及耐磨性同样获得显著提高。Ni的合理加入，能够耐磨钢强度得以显著，而有关韧性、塑性以及工艺性能，同其他合金元素做出比较，损害影响明显更小。Mo的合理加入，确保马氏体的有效形成，使淬透性以及碳化物稳定性能够获得明显的提高。Si的合理加入，促使固溶体嵌固端以及回火稳定性得以有效提高。Mn的合理加入，临界冷却速度出现明显降低，同样也属于适宜的脱硫剂以及脱氧剂。B的合理加入，促使材料淬透性得以成倍提高。稀土的合理加入，可使耐磨钢组织得到明显改善，细化晶粒的同时，有效净化钢液。

研究人员以贝氏体－马氏体耐磨钢板为对象，基于组织、力学性能作出深入研究。基于研究得知，以低碳贝氏体钢为基础，通过Si的合理加入，能够对碳化物析出形成有效抑制，以此获得全新的贝氏体－马氏体组织，此种钢不但在强度、硬度方面表现出良好优势，低温冲击韧性同样相对较高[8]。

3 结论

综上所述，随着工业4.0时代与中国2025制造的全面推进，对高级耐磨钢的整体需求量持续增加，不过，国内钢铁行业生产的高级耐磨钢存在明显的供不应求，高质量耐磨钢的总进口量依然较高。随着钢铁行业结构的深化改革，热处理生产线被大量引进，生产制造高附加值耐磨钢也成为发展重点。先进高强度耐磨钢的科学研发对钢铁行业有着重要的影响和意义，对耐磨材料产业发展同样至关重要，进而促进我国钢铁生产企业迈入全球一流水平。