鑄造耐磨材料

1 概述

磨損是材料與裝備三大失效方式之一。材料磨損以磨料磨損最為嚴(yán)重，所述的鑄造耐磨材料及耐磨鋼鐵鑄件主要指用于磨料磨損工況的材料和零部件。

現(xiàn)已構(gòu)成技術(shù)系列并已工程化和產(chǎn)業(yè)化的鑄造耐磨材料及其技術(shù)分為以下5大類：①奧氏體錳鋼（含Mn13鋼系列、Mn17鋼系列、Mn25鋼和Mn7鋼系列）；②耐磨損白口鑄鐵（含高鉻、中鉻、低鉻白口鑄鐵系列）；③非錳系耐磨損合金鋼（奧氏體錳鋼之外的耐磨合金鋼）；④耐磨損球墨鑄鐵；⑤耐磨損鋼鐵復(fù)合材料。

鑄造耐磨材料及耐磨鑄件的主要特點(diǎn)是硬度高、強(qiáng)度高和韌性高，根據(jù)硬度、強(qiáng)度和韌性的匹配組合，鑄造耐磨材料及耐磨鑄件可用于沖擊磨料磨損、高應(yīng)力碾碎磨料磨損、低應(yīng)力沖刷磨料磨損、粘著磨損等工況，另據(jù)其抗高溫和耐腐蝕特性可用于高溫磨料磨損和腐蝕磨料磨損工況。

鑄造耐磨材料及耐磨鑄件主要用于冶金、建材、電力、建筑、機(jī)械、國防、船舶、鐵道、煤炭、化工和石化工業(yè)中的磨損工況，特別是用于冶金工業(yè)采礦挖掘機(jī)和破碎機(jī)，選礦磨礦機(jī)（球磨機(jī)），金屬軋機(jī)；電力工業(yè)火電廠磨煤機(jī)；建材工業(yè)水泥廠球磨機(jī)，采石廠破碎機(jī)和挖掘機(jī)等。球磨機(jī)磨球與磨段；球磨機(jī)襯板；破碎機(jī)耐磨件；斗齒類耐磨件；雜質(zhì)泵過流件與耐磨管道；鑄造軋輥與輥環(huán)等6大類耐磨件是目前市場用量較大的耐磨件。

近年我國鑄造耐磨材料技術(shù)研發(fā)與新技術(shù)應(yīng)用取得可喜進(jìn)步，如下一批新技術(shù)應(yīng)用提高了我國鑄造耐磨材料技術(shù)整體水平。例如鐵型覆砂磨球自動(dòng)化生產(chǎn)線，金屬型磨球半自動(dòng)生產(chǎn)線，金屬型磨段半自動(dòng)生產(chǎn)線，連續(xù)熱處理爐，低氧化罩式高溫?zé)崽幚頎t，小型耐磨件（磨段、小直徑磨球）垂直分型無箱射壓造型自動(dòng)化生產(chǎn)線，抗磨白口鑄鐵件液淬介質(zhì)，過共晶高鉻鑄鐵，耐磨超高錳鋼，高硬度和高韌性耐磨合金鋼，等溫淬火含碳化物球墨鑄鐵（CADI），雙液鑄造雙金屬復(fù)合材料（抗磨白口鑄鐵層/鑄鋼或鑄鐵層），鑲鑄合金復(fù)合材料Ⅰ（硬質(zhì)合金塊/鑄鋼或鑄鐵），鑲鑄合金復(fù)合材料Ⅱ（抗磨白口鑄鐵塊/鑄鋼或鑄鐵），鑄滲合金復(fù)合材料（硬質(zhì)合金、抗磨白口鑄鐵、WC和（或）TiC等金屬陶瓷顆粒/鑄鋼或鑄鐵），EPC工藝在鋼鐵耐磨鑄件上的應(yīng)用，V法工藝在鋼鐵耐磨鑄件上的應(yīng)用，離心鑄造工藝在鋼鐵耐磨鑄件上的應(yīng)用，鐵型覆砂工藝在鋼鐵耐磨鑄件上的應(yīng)用，樹脂砂在鋼鐵耐磨鑄件上的應(yīng)用，精鑄工藝在鋼鐵耐磨鑄件上的應(yīng)用，保溫發(fā)熱冒口的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)開始在耐磨鑄件應(yīng)用，EPC法耐磨損高鉻鑄鐵/鋼復(fù)合管道，鋼鐵液爐內(nèi)吹氬凈化技術(shù)，釔基重稀土孕育變質(zhì)劑，爐前鋼鐵液孕育和變質(zhì)處理技術(shù)，球磨機(jī)磨球與襯板匹配系統(tǒng)選材技術(shù)，高硬度高鉻鑄鐵機(jī)械加工陶瓷刀具與加工工藝，耐磨奧氏體錳鋼機(jī)械加工陶瓷刀具與加工工藝[1-2]。

在耐磨材料技術(shù)方面，我國材料研發(fā)水平較高，但工藝技術(shù)水平和裝備水平還有一些差距。與耐磨材料工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)的主要差距和不足是：整體技術(shù)研發(fā)和技術(shù)改造能力較弱；企業(yè)自主創(chuàng)新投入嚴(yán)重不足；自動(dòng)化和機(jī)械化生產(chǎn)程度有待提高；缺乏專業(yè)人才；知識產(chǎn)權(quán)認(rèn)識和保護(hù)不足；采用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)不夠，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)格；企業(yè)工藝技術(shù)水平參差不齊；缺乏核心關(guān)鍵技術(shù)；用新技術(shù)、新工藝生產(chǎn)高附加值高端產(chǎn)品的認(rèn)識不足；科技成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用較差；生產(chǎn)裝備水平較低；產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定；熔煉與精煉水平較低，堿性電弧爐應(yīng)用較少，精煉爐應(yīng)用甚少；大型耐磨件制造困難；鑄件粗糙度等表面質(zhì)量較差；尺寸和重量偏差較大；先進(jìn)檢測儀器和手段的應(yīng)用較少；產(chǎn)品國際競爭力欠佳[1-2]。

我國鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)與世界先進(jìn)水平還有一定差距，產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)能力不夠與技術(shù)投入不足是這種差距的主要原因。通過加大投入、資源整合和協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、改造與突破，是我國鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)升級的迫切任務(wù)。

未來數(shù)年我國鑄造耐磨材料領(lǐng)域?qū)⒃阡撹F耐磨材料開發(fā)技術(shù)、熔煉與爐前處理技術(shù)、鋼鐵耐磨件砂型鑄造成形技術(shù)、適于鋼鐵耐磨件的特殊鑄造成形技術(shù)、鑄造鋼鐵耐磨件的熱處理技術(shù)等共性和關(guān)鍵技術(shù)方面重點(diǎn)開展研發(fā)工作。力爭實(shí)現(xiàn)以下幾項(xiàng)重點(diǎn)技術(shù)突破：奧氏體錳鋼合金設(shè)計(jì)、優(yōu)化選材，在不降低韌性的情況下提高耐磨性；解決高硬度過共晶高鉻鑄鐵件脆性問題，提高鉻合金耐磨鑄鐵性價(jià)比；通過合金化、精煉、鑄造工藝和熱處理工藝提高非錳系耐磨損合金鋼硬韌性能和拓展應(yīng)用工況；陶瓷顆粒與預(yù)制體增強(qiáng)鋼鐵基耐磨復(fù)合材料及制備技術(shù)；含碳化物球墨鑄鐵合金設(shè)計(jì)與組織控制，提高材料硬韌性能和拓展應(yīng)用工況；金屬型、金屬型覆砂、離心鑄造、外場輔助鑄造等耐磨件生產(chǎn)線研制與應(yīng)用；耐磨鋼鐵液精煉和過濾技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

未來數(shù)年須建立和完善中國鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)創(chuàng)新體系，縮小落后領(lǐng)域與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距，突破鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)鏈中的共性和關(guān)鍵技術(shù)，明顯提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命，促進(jìn)耐磨材料產(chǎn)業(yè)整合和發(fā)展，爭取整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分領(lǐng)域技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 鋼鐵耐磨材料開發(fā)技術(shù)

2.1.1 現(xiàn)狀

2.1.1.1 奧氏體錳鋼[1-2]

目前奧氏體錳鋼還是國內(nèi)用量最大的一類耐磨鋼。國內(nèi)生產(chǎn)和應(yīng)用的奧氏體錳鋼以Mn13系列和Mn17系列為主，其中屈服強(qiáng)度和耐磨性較高的Mn13Cr2和Mn17Cr2耐磨鋼的市場用量較大，如圓錐式破碎機(jī)軋臼壁和破碎壁，旋回式破碎機(jī)襯板、電鏟鏟齒、大中型顎式破碎機(jī)顎板、大型錘式破碎機(jī)錘頭以及大中型濕式礦山球磨機(jī)襯板等仍主要選用奧氏體錳鋼。

近年來奧氏體錳鋼的主要技術(shù)進(jìn)步之一是嚴(yán)格控制Si和P含量，特別是P含量，我國國家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定P≤0.06%，某些出口錳鋼件已要求P≤0.04%；二是某些企業(yè)已通過精煉和造渣聚渣控制錳鋼中氫、氧含量，如Mn18Cr2鋼軋臼壁[O]≤15×10-6、[H]≤2×10-6。另外為減少鑄造高錳鋼晶粒易粗大和柱狀晶現(xiàn)象，V、Ti、Nb、B和RE等微量元素常被加入高錳鋼；含W高錳鋼實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化，進(jìn)而同時(shí)提高沖擊韌性和抗磨損性能；常被稱為超高錳鋼的Mn17（Mn18）和Mn25等得到生產(chǎn)和應(yīng)用，其中標(biāo)準(zhǔn)含碳量的ZG120Mn17、ZG120Mn17Cr2還被列入了奧氏體錳鋼鑄件國家標(biāo)準(zhǔn)。

近期研究表明，超高錳鋼較適用于強(qiáng)烈沖擊載荷磨料磨損工況。在不降低沖擊韌性的情況下提高耐磨性是奧氏體錳鋼發(fā)展的一個(gè)重要方向。我國部分高錳鋼生產(chǎn)企業(yè)易出現(xiàn)的問題是，錳鋼件夾渣物較多、碳化物超標(biāo)、晶粒粗大、沖擊吸收能量達(dá)不到國標(biāo)要求，以至于某些鑄件在使用中開裂和耐磨性不夠，這也是我國部分高錳鋼件與工業(yè)發(fā)達(dá)國家所生產(chǎn)高錳鋼件的主要差距。相關(guān)企業(yè)應(yīng)從生產(chǎn)工藝控制入手，解決質(zhì)量問題。

2.1.1.2 耐磨損白口鑄鐵[1-2]

耐磨白口鑄鐵的主要特點(diǎn)是高硬度和低韌性，目前，磨球、磨段、渣漿泵過流件、反擊破板錘等仍主要選用耐磨白口鑄鐵。Cr15、Cr20和Cr26系列高鉻耐磨鑄鐵在國內(nèi)外均已大批量生產(chǎn)和應(yīng)用，而我國研發(fā)出的中鉻硅耐磨鑄鐵和適于鑄態(tài)應(yīng)用的低鉻耐磨鑄鐵，也已批量生產(chǎn)和工業(yè)應(yīng)用。低碳含量（1.1%～2.0%）的Cr12高鉻鑄鐵（有時(shí)亦稱為高鉻鋼），淬火回火后硬度≥HRC50，具有較好的韌性，近些年在國內(nèi)外生產(chǎn)和應(yīng)用逐漸增多。根據(jù)技術(shù)進(jìn)步的實(shí)際情況，低碳含量（1.1%～2.0%）的BTMCr12-DT牌號高鉻鑄鐵被正式列入新修訂的國家標(biāo)準(zhǔn)《抗磨白口鑄鐵件》。

近年來隨著高鉻鑄鐵孕育變質(zhì)處理和晶粒細(xì)化技術(shù)發(fā)展，高鉻鑄鐵件含碳量漸趨高含量，以提高高鉻鑄鐵硬度，高碳量高鉻鑄鐵板錘、葉輪和護(hù)套、磨輥和磨盤均已產(chǎn)業(yè)化。高硬度過共晶高鉻鑄鐵研發(fā)與應(yīng)用取得進(jìn)展，澳大利亞沃曼公司制造的A217高碳高鉻白口鑄鐵（5.0%C，35%Cr）硬度超過HRC63，應(yīng)用于渣漿泵過流件，使用壽命大幅度提高。在對HRC63級耐磨鑄鐵的技術(shù)攻關(guān)中，我國石家莊強(qiáng)大泵業(yè)集團(tuán)公司研發(fā)出高碳超高鉻過共晶白口鑄鐵，熱處理后硬度達(dá)到HRC63～68，沖擊韌性達(dá)到4 J/cm2～5.5 J/cm2（20 mm×20 mm×110 mm無缺口試樣），性能與A217高碳高鉻白口鑄鐵相當(dāng)。另外，西安交通大學(xué)在含鈦Cr20過共晶高鉻鑄鐵研發(fā)方面，暨南大學(xué)在HRC63以上級含鈮Cr35過共晶高鉻鑄鐵研發(fā)方面取得了一定的成果。

2.1.1.3 非錳系耐磨損合金鋼[1-2]

非錳系耐磨合金鋼具有硬度較高、韌性較高和強(qiáng)度較高，特別是硬韌性匹配良好的特點(diǎn)。目前挖掘機(jī)斗齒、水泥廠和火電廠球磨機(jī)襯板、中小型錘破機(jī)錘頭、耐磨管道等大量選用非錳系耐磨合金鋼。通過合金化、精煉、鑄造工藝和熱處理工藝可進(jìn)一步提高硬韌性能和拓展應(yīng)用的空間，而且潛力巨大。近些年來非錳系耐磨合金鋼的成果之一是冶金礦山濕式球磨機(jī)襯板材料的研發(fā)和應(yīng)用。氧化鋁廠的熱強(qiáng)堿性鋁礦漿球磨機(jī)襯板，解決了堿脆開裂（應(yīng)力腐蝕開裂）難題，含Cr量較低的多元低合金馬氏體鑄鋼襯板已可完全替代高錳鋼襯板，已創(chuàng)造出顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

非錳系耐磨合金鋼特別是中碳中、低合金鋼的發(fā)展方向之一是提高鋼的硬度和韌性配合，即提高硬韌性，以全面提高鋼的抗沖擊和耐磨損能力。近些年通過合金化和工藝研發(fā)，中碳低合金鑄鋼硬韌性匹配已能實(shí)現(xiàn)HRC=50+2.5X（1），Akn=200-50X(2)，其中 X 可取 -1，0，1，2，3.這為依據(jù)具體沖擊磨損工況（特別是沖擊條件）研發(fā)和選材奠定了基礎(chǔ)。目前，通過成分匹配和熱處理工藝優(yōu)化，生產(chǎn)用ZG30CrMnSiMo已達(dá)到硬度（HRC）51～54，V 型缺口沖擊吸收能量≥20 J/cm2，優(yōu)異的硬韌性配合為該鋼種在較大錘頭和斗齒等更高沖擊磨料磨損工況的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。近期研究表明，初始硬度并不高的耐磨中合金鋼沖擊磨損加工硬化能力比中碳多元低合金鋼優(yōu)，進(jìn)而耐磨性更好，由此擴(kuò)大了耐磨中合金鋼在水泥廠和火電廠球磨機(jī)襯板等工況的應(yīng)用。目前國際上挖掘機(jī)斗齒、破碎汽車的大型錘破機(jī)錘頭等選用非錳系耐磨合金鋼。采用AOD爐等精煉工藝技術(shù)以提高合金鋼綜合性能，是國外生產(chǎn)此類鑄鋼的先進(jìn)技術(shù)。

2.1.1.4 耐磨損球墨鑄鐵

10年前，通過液淬熱處理生產(chǎn)出高硬度和一定韌性的馬氏體耐磨球鐵，通過Mn等合金化與液淬熱處理制造出硬韌性配合較好的貝氏體—馬氏體耐磨球鐵。這兩類耐磨球鐵在國內(nèi)已用于球磨機(jī)磨球的生產(chǎn)和組合自固型襯板生產(chǎn)。等溫淬火球鐵（ADI）具有高強(qiáng)度、一定韌性和良好加工硬化特性，在國內(nèi)外用于齒輪、凸輪軸等易磨損件。等溫淬火含碳化物球墨鑄鐵（CADI），含有少量碳化物形成元素Cr，并且碳化物數(shù)量隨Cr量可調(diào)，CADI具有較高硬度、一定韌性和良好加工硬化特性，研發(fā)工作已取得成果，目前正試用于球磨機(jī)磨球。

耐磨球鐵磨球典型牌號是ZQQTB和ZQQTM，詳見國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17445-2009《鑄造磨球》。耐磨損球墨鑄鐵件5個(gè)典型牌號是QTML-1、QTML-2、QTMD-1、QTMD-2、QTMCD，詳見行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 11843—2014《耐磨損球墨鑄鐵件》。

2.1.1.5 耐磨損鋼鐵復(fù)合材料[1-2]

鋼鐵基耐磨復(fù)合材料是近些年國內(nèi)外耐磨材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一，在一些嚴(yán)酷的磨損工況得到了工業(yè)應(yīng)用。我國耐磨復(fù)合材料經(jīng)歷了雙液雙金屬材料，高鉻鐵—鋼鑲鑄材料、高鉻鐵—鋼機(jī)械組合材料等幾個(gè)階段，10年來以復(fù)合大錘頭（≥90 kg）為標(biāo)志的高錳鋼鑲鑄硬質(zhì)合金（或耐磨鑄鐵）復(fù)合材料已在國內(nèi)一批廠礦生產(chǎn)和應(yīng)用，近年來高鉻鑄鐵/鋼雙液雙金屬復(fù)合材料大錘頭實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，復(fù)合大錘頭壽命明顯高于原來的普通高錳鋼錘頭，雙液復(fù)合大錘頭壽命提高了100%甚至更高。

前些年比利時(shí)MAGOTTEAUX公司研制出“Bimetal”鋼鐵雙金屬復(fù)合技術(shù)（耐磨層是硬度HRC＞61的高鉻鑄鐵，其他部位是αkn＞245 J/cm2的低碳合金鋼）；開發(fā)出“Duocast”復(fù)合技術(shù)，將高硬度高鉻鑄鐵鑲嵌在球鑄中，生產(chǎn)出大型立磨磨輥；研發(fā)“Xwin”技術(shù)，在立磨高鉻合金磨盤（磨輥）表層鑲嵌高硬異質(zhì)顆粒。之后將Duocast和Xwin復(fù)合技術(shù)再組合用于立磨磨輥。此復(fù)合鑄造材料磨輥和磨盤生產(chǎn)和應(yīng)用效果良好，反映出該復(fù)合鑄造材料技術(shù)是一種先進(jìn)技術(shù)，值得借鑒。但在簡化工藝、保證工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本控制方面值得關(guān)注。

陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基耐磨復(fù)合材料是近些年國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)之二。近些年在應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面，針對WC、TiC、Al2O3、SiC等陶瓷顆粒特性，與鋼鐵（液）冶金結(jié)合效果，表面復(fù)合材料技術(shù)工藝參數(shù)等方面的工作取得系列成果，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了多種鋼鐵基表面復(fù)合材料。關(guān)于鑄滲表面復(fù)合材料，減少或不用粘接劑等添加劑得到冶金結(jié)合和致密的表面復(fù)合層是關(guān)鍵技術(shù)之一，提高復(fù)合層致密度和增加復(fù)合層厚度（＞20 mm）是努力的方向，而由單一平面表層鑄滲技術(shù)發(fā)展出弧面等復(fù)雜面表層鑄滲技術(shù)是該領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.1.2 挑戰(zhàn)

以提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命為目的，在鋼鐵耐磨材料開發(fā)技術(shù)方面，提出高性能新型耐磨材料、適于特殊工況的耐磨材料、低成本耐磨材料、先進(jìn)耐磨復(fù)合材料4個(gè)主要研究方向。

分方向具體共性和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目如表1.

表1 鋼鐵耐磨材料開發(fā)技術(shù)方面研發(fā)項(xiàng)目

2.1.3 目標(biāo)

1）預(yù)計(jì)到2020年，要達(dá)到的目標(biāo)：

延長鋼鐵耐磨材料使用壽命，國內(nèi)市場綜合節(jié)材降耗20%以上；提高鋼鐵耐磨材料使用壽命和價(jià)格比，國內(nèi)市場壽命和價(jià)格比提高10%以上；爭取整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2）預(yù)計(jì)到2030年，要達(dá)到的目標(biāo)：

延長鋼鐵耐磨材料使用壽命，國內(nèi)市場綜合節(jié)材降耗50%以上；提高鋼鐵耐磨材料使用壽命和價(jià)格比，國內(nèi)市場壽命和價(jià)格比提高20%以上；整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分領(lǐng)域技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

2.2 熔煉與爐前處理技術(shù)

2.2.1 現(xiàn)狀

鋼鐵液熔煉、精煉和過濾技術(shù)是耐磨件生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，長期以來也是我國耐磨材料生產(chǎn)技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的主要差距之一。感應(yīng)熔煉爐電耗較少，效率較高，但脫磷和脫硫效果比電弧爐差，因而感應(yīng)爐造渣、聚渣和扒渣工藝就顯得極為重要。AOD等精煉爐在國內(nèi)耐磨件鑄造廠還很少有應(yīng)用，簡易方法的感應(yīng)熔煉爐鋼鐵液吹氬處理有一定成效但也用之甚少。陶瓷網(wǎng)（磚）過濾技術(shù)是成熟的鑄造技術(shù)，亦是熔煉后凈化鋼鐵液的補(bǔ)救和保證措施，但國內(nèi)絕大多數(shù)耐磨件企業(yè)尚未采用過濾技術(shù)。

鋼鐵液爐前孕育與變質(zhì)處理技術(shù)是有我國特色的工藝技術(shù)，是提高鋼鐵液質(zhì)量的有力措施之一。我國曾就各種孕育變質(zhì)劑特別是含稀土孕育變質(zhì)劑的研發(fā)開展了大量的工作，但是許多企業(yè)仍存在孕育變質(zhì)劑選用失誤、用量不準(zhǔn)、加入方法不當(dāng)、與爐內(nèi)熔煉鋼鐵液匹配不合適、處理后除渣缺失等幾個(gè)突出問題，未能很好實(shí)現(xiàn)孕育變質(zhì)處理的目的，甚至“污染”鋼鐵液。因此，耐磨件孕育變質(zhì)工藝研發(fā)和控制成為非常重要的工作[1-2]。

2.2.2 挑戰(zhàn)

以提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命為目的，在熔煉與爐前處理技術(shù)方面，提出主要研究方向是高效高質(zhì)熔煉與爐前處理技術(shù)。

具體共性和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目如表2.

表2 熔煉與爐前處理技術(shù)方面研發(fā)項(xiàng)目

2.2.3 目標(biāo)

1）預(yù)計(jì)到2020年，要達(dá)到的目標(biāo)：

縮小落后領(lǐng)域與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距，提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命，助推國內(nèi)市場綜合節(jié)材降耗20%以上。

2）預(yù)計(jì)到2030年，要達(dá)到的目標(biāo)：

通過熔煉與爐前處理技術(shù)持續(xù)研發(fā)和實(shí)施，獲得潔凈鋼鐵液，細(xì)化鋼鐵耐磨材料晶粒，改善耐磨鑄鐵碳化物形態(tài)，助推國內(nèi)市場綜合節(jié)材降耗50%以上，整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2.3 鋼鐵耐磨件砂型鑄造成形技術(shù)

2.3.1 現(xiàn)狀

鑄造磨球和磨段因尺寸規(guī)格整齊和批量大而成為機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)線首選的耐磨件。近年來國內(nèi)一些較大的專業(yè)磨球廠相繼新建或改造了磨球和磨段機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)線，金屬型覆砂、Disa、EPC、覆膜砂等磨球生產(chǎn)線提高了磨球生產(chǎn)效率和內(nèi)外質(zhì)量。國內(nèi)研制出水冷金屬型磨段生產(chǎn)線，顯著細(xì)化耐磨白口鑄鐵的晶粒，大幅度提高磨段生產(chǎn)效率和使用壽命。

自硬樹脂砂、V法和EPC（消失模）生產(chǎn)線在斗齒、襯板等其他耐磨件生產(chǎn)中亦有較好的應(yīng)用。對磨球和磨段之外的大多數(shù)耐磨件而言，手工輔助機(jī)械造型成為主要生產(chǎn)方式，國內(nèi)用得較多的是水玻璃砂。近些年國內(nèi)一些企業(yè)陸續(xù)新建了耐磨件樹脂砂生產(chǎn)線，使耐磨件內(nèi)外質(zhì)量有較明顯的提高。其中CO2硬化樹脂投放國內(nèi)市場之后，耐磨件生產(chǎn)企業(yè)又多了一個(gè)降低成本的樹脂砂生產(chǎn)方式，即分層選用樹脂砂和水玻璃砂再用CO2一次整體硬化的生產(chǎn)方法。關(guān)于EPC法生產(chǎn)耐磨件，冷卻速度低易致鑄件晶粒粗大，中碳合金鋼件增碳易致淬火開裂等關(guān)鍵問題已得到關(guān)注，并已開展“激冷”和“燒型”等嘗試性工藝技術(shù)研發(fā)[1-2]。

鋼鐵耐磨鑄件鑄造收縮率較大，工藝出品率偏低，為此應(yīng)重視澆冒口的工藝設(shè)計(jì)，配合使用發(fā)熱和保溫冒口。

2.3.2 挑戰(zhàn)

以提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命為目的，在鋼鐵耐磨件砂型鑄造成形技術(shù)方面，提出主要研究方向是先進(jìn)耐磨件砂型鑄造技術(shù)，耐磨鑄件清理與檢測技術(shù)。

具體共性和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目如表3.

2.3.3 目標(biāo)

1）預(yù)計(jì)到2020年，要達(dá)到的目標(biāo)：

獲得健全、均質(zhì)、致密鋼鐵耐磨材料鑄件，鑄件工藝出品率提高5%，成品率提高3%以上，鑄球和鑄段成品率達(dá)到90%以上，提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命和價(jià)格比。

2）預(yù)計(jì)到2030年，要達(dá)到的目標(biāo)：

通過鋼鐵耐磨件砂型鑄造成形技術(shù)持續(xù)研發(fā)和實(shí)施，突破鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)鏈中的共性和關(guān)鍵技術(shù)，獲得健全、均質(zhì)、致密鋼鐵耐磨材料鑄件，鑄件工藝出品率提高10%，成品率提高5%以上，鑄球和鑄段成品率達(dá)到95%以上，明顯提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命和價(jià)格比，整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。

表3 鋼鐵耐磨件砂型鑄造成形技術(shù)方面研發(fā)項(xiàng)目

2.4 適于鋼鐵耐磨件的特殊鑄造成形技術(shù)

2.4.1 現(xiàn)狀

在各種耐磨件鑄造生產(chǎn)中采用金屬型或覆砂金屬型激冷的方法，是提高耐磨件質(zhì)量的較好方式之一，因?yàn)檫@有助于細(xì)晶強(qiáng)化，有助于提高生產(chǎn)效率，提高耐磨件的硬韌性、強(qiáng)度和耐磨性。國內(nèi)某企業(yè)采用鐵型覆砂技術(shù)生產(chǎn)出高質(zhì)量高錳鋼軋臼壁（破碎壁）。

2.4.2 挑戰(zhàn)

以提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命為目的，在適于鋼鐵耐磨件的特殊鑄造成形技術(shù)方面，提出主要研究方向是適于耐磨件的特殊鑄造技術(shù)，先進(jìn)高效耐磨材料鑄造/鍛（軋、壓）復(fù)合成形技術(shù)。

具體共性和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目如表4.

2.4.3 目標(biāo)

1）預(yù)計(jì)到2020年，要達(dá)到的目標(biāo)：

獲得高性能鋼鐵耐磨材料鑄件，提高鑄件使用壽命10%以上，爭取整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2）預(yù)計(jì)到2030年，要達(dá)到的目標(biāo)：

獲得高性能鋼鐵耐磨材料鑄件，提高鑄件使用壽命20%以上，整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分領(lǐng)域技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

2.5 鑄造鋼鐵耐磨件的熱處理技術(shù)

表4 適于鋼鐵耐磨件的特殊鑄造成形技術(shù)方面研發(fā)項(xiàng)目

表5 鑄造鋼鐵耐磨件的熱處理技術(shù)方面研發(fā)項(xiàng)目

2.5.1 現(xiàn)狀

熱處理是提高耐磨鋼鐵件硬度和韌性，減少或消除應(yīng)力的主要工藝手段。近年來針對耐磨鋼鐵件熱處理工藝研發(fā)工作的深入，特別是優(yōu)化淬回火等熱處理工藝參數(shù)方面成績顯著，進(jìn)而提高耐磨件淬透性和減少合金元素用量，提高耐磨件硬度、韌性和耐磨性，同時(shí)擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。但是針對成分和組織不均勻的鑄件特征，進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)仍是努力的方向之一。針對厚大易開裂大型耐磨件熱處理工藝開發(fā)和控制也是努力方向之一。另外保證耐磨件表面硬度至關(guān)重要，減少耐磨件熱處理氧化的工藝和設(shè)備研發(fā)也是需要加強(qiáng)的重要工作。近年，顯著減少耐磨件氧化的罩式高溫?zé)崽幚頎t的應(yīng)用，為減少耐磨鋼鐵件表面脫碳做出了較大貢獻(xiàn)[1-2]。

2.5.2 挑戰(zhàn)

以提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命為目的，在鑄造鋼鐵耐磨件的熱處理技術(shù)方面，提出先進(jìn)耐磨材料鑄件熱處理技術(shù)、適于耐磨復(fù)合材料鑄件的熱處理技術(shù)、高效節(jié)能連鑄連軋耐磨鋼熱處理技術(shù)、熱處理后矯形和檢測技術(shù)4個(gè)主要研究方向。

分方向具體共性和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目如表5.

2.5.3 目標(biāo)

1）預(yù)計(jì)到2020年，要達(dá)到的目標(biāo)：

進(jìn)一步獲得高性能的鋼鐵耐磨材料鑄件，提高鑄造耐磨材料及鑄件使用壽命，助推國內(nèi)市場綜合節(jié)材降耗20%以上。

2）預(yù)計(jì)到2030年，要達(dá)到的目標(biāo)：

通過鑄造鋼鐵耐磨件的熱處理技術(shù)持續(xù)研發(fā)和實(shí)施，助推國內(nèi)市場綜合節(jié)材降耗50%以上，整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。

3 技術(shù)路線圖

技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 鑄造耐磨材料技術(shù)路線