第一节 产品定义及发展历程

1、定义

耐磨钢是耐磨损性能强的钢铁材料的总称，耐磨钢是当今耐磨材料中用量最大的一种。其中以锰耐磨钢最为突出。锰耐磨钢是抵抗强冲击、大压力物料磨损等耐磨材料中的最佳选择。

2、发展历程

耐磨钢作为一种专用钢大约始于十九世纪后半叶。1883年英国人哈德菲尔德(R0.A0.Hadfield)首先取得了高锰钢的专利，至今已有100多年的历史，高锰钢是一种碳含量和锰含量较高的耐磨钢，这个具有百余年历史的古老钢种，由于它在大的冲击磨料磨损条件下使用时具有很强的加工硬化能力，同时兼有良好的韧性和塑性，以及生产工艺易于掌握等优点，因此，目前它仍然是耐磨钢中用量最大的一种。近几十年来，低、中合金耐磨钢的开发与应用发展很快，由于这些钢具有较好的耐磨性和韧性，生产工艺较简单，综合经济性合理，在许多工况条件下适用，而受到用户的欢迎。为了适应矿山采运机械与工程机械发展的需要，所研制的高硬度耐磨钢板，20世纪70～80年代在国际上已形成系列并标准化。这类钢是在低合金高强度可焊接钢的基础上发展起来的，它们一般采用轧后直接淬火并回火，或实行控轧、控冷工艺进行强化，可节约能源，且合金元素含量低，价格较便宜，但硬度高，耐磨，工艺性能尚可，由于具有了这些优点使这类耐磨钢板很受用户欢迎。日、英、美等国的一些钢铁公司都生产这类耐磨钢。

第二节 产品特点及应用领域分析

1、特点

1）外来冲击越大，其自身表层耐磨性越高；

2）随着表面硬化层的逐渐磨损，新的加工硬化层会连续不断形成。

高锰钢这一特殊的性能，适于制作长时间经受高冲击物料磨损的耐磨构件，长期以来广泛广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、电力、煤炭、水泥等机械设备中。尤其是近年来，随着现代工业的高速发展和科学技术的突飞猛进，高锰钢已成为磁悬浮列车、凿岩机器人、新型坦克等先进设备中首选的耐磨材料。许多新型材料和现代表面工程技术在性能价格比上无法与高锰钢相比。

2、应用领域

耐磨钢广泛用于矿山机械、煤炭采运、工程机械、农业机械、建材、电力机械、铁路运输等部门。例如，球磨机的钢球、衬板、挖掘机的斗齿、铲斗，各种破碎机的轧臼壁、齿板、锤头，拖拉机和坦克的履带板、风扇磨机的打击板，铁路辙叉，煤矿刮板输送机用的中部槽中板、槽帮、圆环链，推土机用铲刀、铲齿，大型电动轮车斗用衬板，石油和露天铁矿穿孔用牙轮钻头等等，以上所列举的还主要限于属于经受磨料磨损的耐磨钢的应用，而各种各样的机械中凡是有相对运动的工件皆会产生各种类型的磨损，都会有提高工件材料耐磨性的要求或要求采用耐磨钢。矿石和水泥磨机中使用的研磨介质(球、棒和衬板)是消耗量很大的钢铁磨损件。略……

第三节 产品生产工艺特点或流程

在耐磨钢产品中一般指的是高锰钢。下面就以高锰钢为例来说明耐磨钢生产工艺特点。

高锰钢是抗冲击磨损的典型耐磨钢，用于制造球磨机衬板、锤式破碎机锤头、鄂式破碎机鄂板、圆锥破碎机轧臼壁和破碎壁、挖掘机斗齿和斗壁、铁道道岔、坦克和钩机的履带板等抗冲击、抗磨损的铸件，市场需求量相当大。高锰钢冶炼常用方法有氧化法和返回法。氧化法需用大量价格高的低磷锰铁，成本较高。返回法可用大量的高锰钢返回料，成本较低，但返回法无法去磷，钢液含磷高，对铸件的性能有较大影响。铸钢厂在生产高锰钢铸件时有30％多的冒口及浇道，这些返回料的合理利用是降低铸件成本的重要手段，如将高锰钢冒口及浇道用返回法冶炼高锰钢，炉料中的磷无法去除，补加的锰铁又会增加钢中磷的含量，影响铸件的力学性能及耐磨性能。如何既充分利用好高锰钢冒口及浇道，又保证铸件的力学性能及耐磨性能，我们经过多年的生产实践，形成介于氧化法与返回吹氧法之间的复合返回吹氧法冶炼高锰钢，取得了较好的实效。

复合返回吹氧法冶炼高锰钢，就是将一般炉料用氧化法充分去磷后再加入高锰钢返回炉料进行返回吹氧法冶炼。其优点是既可以用氧化法充分去磷保证铸件质量，又能充分利用返回料降低生产成本。

1、复合返回吹氧法冶炼高锰钢的工艺条件

1）主要设备及工艺参数

电弧炉公称容量15t，炉壳直径3．4m，变压器额定功率4800kVA，实际平均产钢量15t。氧化期用2根D22mm的自耗式氧管吹氧脱碳，供氧压力为o．5～0．9MPa。

2）工艺流程

加普通炉料一熔化一去磷达到工艺要求、扒渣一吹氧脱碳一1650℃后碳达到要求、停氧加本钢返回料一升温助熔一温度达到1570℃一加锰铁合金一温度成分合适后出钢一钢包吹氧一浇注。

2、复合返回吹氧法冶炼高锰钢的冶炼工艺

1）配料

(1)装料前炉底垫加100kg块状石灰。

(2)配料时按计划冶炼钢液量的60％的炉料加入炉内。

2）熔化

(1)用大电流、大电压送电，适时吹氧助熔。

(2)炉料熔化至70％开始去磷操作。

(3)炉料熔完后充分搅拌，取1号样作全样，分析C、Si、Mn、P、S等。

(4)分析后，根据磷含量继续去磷操作。取2号样，P调整至小于O．005％，及时扒渣，力求干净，扒渣后立即造新渣。大电压送电，持续用铁扒头搅拌熔池助熔，待高锰钢本钢返回料熔化至70％，适时吹氧助熔(吹氧时深吹熔池．禁止吹渣面)。

3）吹氧脱碳

(1)测温，当温度大于1570℃(钨铼热电偶测温)，吹氧脱碳。‘

(2)温度大于1650℃(钨铼热电偶测温)，碳达到工艺要求(根据所加锰铁的碳含量而定)，停止吹氧，扒渣，造新渣。

4）加返回料

(1)加入30％的高锰钢本钢返回料。

(2)用大电流、大电压送电，持续用铁扒头搅拌熔池助熔，待高锰钢本钢返回料熔化至70％，适时吹氧助熔(吹氧时深吹熔池．禁止吹渣面)。

5）还原．

(1)温度大于1570℃(钨铼热电偶测温)，取3号样，加入计划钢液量约13％的锰铁合金(具体量根据3号样锰含量而定)。

(2)3min后加第一批硅粉3kg／t，并推渣和搅拌。

(3)隔3min加入硅铁粉并多次推渣、搅拌。

(4)锰铁合金熔完后，温度达到1450℃(钨铼热电偶测温)，渣色变白后取4号样，隔3min后取5号样，调整成分，渣色好，成分达到出钢条件可出钢。

6）出钢

(1)测温，稳定在1450～1480℃。

(2)清扫出钢槽，钢渣大口同出。

(3)出钢时钢包吹氩。

7）浇注

镇静时间大于5min，温度1380～1420℃(大件温度取下值，小件取上值)。，加入锰铁为FeMn70C7．O(5．84％C，73．2％Mn，0．20％P)，钢液计划量为14800kg。

应用复合返回吹氧法冶炼高锰钢(ZGMn 13—4)的实际情况

第四节 国内外生产技术发展趋势分析

耐磨钢都是用电炉或转炉冶炼的，产品以铸件为多，近年来，锻、轧等热加工材正在增多。在一般机械中使用的耐磨钢件的生产方法与其他工件并没有太大的区别，只是在热处理工艺或表面处理工艺方面应有所要求，以达到保证耐磨性的需求。对于那些材质冶金纯净度显著影响耐磨性的钢件应采取精炼措施，并对有害杂质和气体提出限量要求。除基体外第二相的数量、形状和分布往往对钢件的耐磨性能有重大影响，此时需要从钢的化学成分设计、冶炼、热加工、热处理(含热机械处理)等等方面统筹考虑，以便从冶金因素方面力争达到提高耐磨性的要求。

表面强化技术磨损是发生在工件表面的过程，因此，强化工件表面就显得十分重要。钢的表面强化技术有着悠久的历史，例如，渗碳技术至少可以追溯到两干多年前中国的汉朝，而一千多年前的中国史书中已有关于碳氮共渗工艺的记载。近几十年来，各种各样的表面强化技术与装备发展迅速，采取必要的表面强化及表面改性措施，不仅可以节约大量的原材料，而且可以赋予工件表面层以各种特殊的、作为整体材料难以得到的组织结构与性能，从而取得最优异的耐磨性能和巨大的经济效益。如今，表面强化技术已成为耐磨钢钢(包括耐磨材料)的研究与应用的一个重要发展方向。

近年来钢铁材料的表面强化(润化)技术发展很快，有关新技术、新工艺层出不穷，针对不同需要可以选择不同的表面强化技术来提高钢件在各种类型磨损条件下的耐磨性，以价格较低廉的基体材料制作工件取代昂贵的合金钢。渗碳、碳氮共渗、渗氮等工艺目前仍然是强化机械零件的主要措施，采用共渗、复合渗、渗硼、渗金属、喷焊、堆焊、气相沉积、电刷镀、离子注入等工艺在不同机件的各种工况条件下都取得了提高耐磨性的明显效果。此外，铸渗、复合铸造等铸造工艺在耐磨钢件的制造中也有应用。略……

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