铸造耐磨材料：奥氏体锰钢、耐磨损白口铸铁、非锰系耐磨损合金钢、耐磨损球墨铸铁以及耐磨损钢铁复合材料

奥氏体锰钢

目前奥氏体锰钢还是国内用量最大的一类耐磨钢。国内生产和应用的奥氏体锰钢以Mn13系列和Mn17系列为主，其中屈服强度和耐磨性较高的Mn13Cr2和Mn17Cr2耐磨钢的市场用量较大，如圆锥式破碎机轧臼壁和破碎壁，旋回式破碎机衬板、电铲铲齿、大中型颚式破碎机颚板、大型锤式破碎机锤头以及大中型湿式矿山球磨机衬板等仍主要选用奥氏体锰钢。

近年来奥氏体锰钢的主要技术进步之一是严格控制Si和P含量，特别是P含量，我国国家标准严格规定P≤0.06%，某些出口锰钢件已要求P≤0.04%；二是某些企业已通过精炼和造渣聚渣控制锰钢中氢、氧含量，如Mn18Cr2钢轧臼壁[O]≤15×10-6、[H]≤2×10-6。另外为减少铸造高锰钢晶粒易粗大和柱状晶现象，V、Ti、Nb、B和RE等微量元素常被加入高锰钢；含W高锰钢实现晶粒细化，进而同时提高冲击韧性和抗磨损性能；常被称为超高锰钢的Mn17（Mn18）和Mn25等得到生产和应用，其中标准含碳量的ZG120Mn17、ZG120Mn17Cr2还被列入了奥氏体锰钢铸件国家标准。

近期研究表明，超高锰钢较适用于强烈冲击载荷磨料磨损工况。在不降低冲击韧性的情况下提高耐磨性是奥氏体锰钢发展的一个重要方向。我国部分高锰钢生产企业易出现的问题是，锰钢件夹渣物较多、碳化物超标、晶粒粗大、冲击吸收能量达不到国标要求，以至于某些铸件在使用中开裂和耐磨性不够，这也是我国部分高锰钢件与工业发达国家所生产高锰钢件的主要差距。相关企业应从生产工艺控制入手，解决质量问题。

耐磨损白口铸铁

耐磨白口铸铁的主要特点是高硬度和低韧性，目前，磨球、磨段、渣浆泵过流件、反击破板锤等仍主要选用耐磨白口铸铁。Cr15、Cr20和Cr26系列高铬耐磨铸铁在国内外均已大批量生产和应用，而我国研发出的中铬硅耐磨铸铁和适于铸态应用的低铬耐磨铸铁，也已批量生产和工业应用。低碳含量（1.1%～2.0%）的Cr12高铬铸铁（有时亦称为高铬钢），淬火回火后硬度≥HRC50，具有较好的韧性，近些年在国内外生产和应用逐渐增多。根据技术进步的实际情况，低碳含量（1.1%～2.0%）的BTMCr12-DT牌号高铬铸铁被正式列入新修订的国家标准《抗磨白口铸铁件》。

近年来随着高铬铸铁孕育变质处理和晶粒细化技术发展，高铬铸铁件含碳量渐趋高含量，以提高高铬铸铁硬度，高碳量高铬铸铁板锤、叶轮和护套、磨辊和磨盘均已产业化。高硬度过共晶高铬铸铁研发与应用取得进展，澳大利亚沃曼公司制造的A217高碳高铬白口铸铁（5.0%C，35%Cr）硬度超过HRC63，应用于渣浆泵过流件，使用寿命大幅度提高。在对HRC63级耐磨铸铁的技术攻关中，我国石家庄强大泵业集团公司研发出高碳超高铬过共晶白口铸铁，热处理后硬度达到HRC63～68，冲击韧性达到4 J/cm2～5.5 J/cm2（20 mm×20 mm×110 mm无缺口试样），性能与A217高碳高铬白口铸铁相当。另外，西安交通大学在含钛Cr20过共晶高铬铸铁研发方面，暨南大学在HRC63以上级含铌Cr35过共晶高铬铸铁研发方面取得了一定的成果。

非锰系耐磨损合金钢

非锰系耐磨合金钢具有硬度较高、韧性较高和强度较高，特别是硬韧性匹配良好的特点。目前挖掘机斗齿、水泥厂和火电厂球磨机衬板、中小型锤破机锤头、耐磨管道等大量选用非锰系耐磨合金钢。通过合金化、精炼、铸造工艺和热处理工艺可进一步提高硬韧性能和拓展应用的空间，而且潜力巨大。近些年来非锰系耐磨合金钢的成果之一是冶金矿山湿式球磨机衬板材料的研发和应用。氧化铝厂的热强碱性铝矿浆球磨机衬板，解决了碱脆开裂（应力腐蚀开裂）难题，含Cr量较低的多元低合金马氏体铸钢衬板已可完全替代高锰钢衬板，已创造出显著的经济效益。

非锰系耐磨合金钢特别是中碳中、低合金钢的发展方向之一是提高钢的硬度和韧性配合，即提高硬韧性，以全面提高钢的抗冲击和耐磨损能力。近些年通过合金化和工艺研发，中碳低合金铸钢硬韧性匹配已能实现HRC=50+2.5X（1），Akn=200-50X(2)，其中 X 可取 -1，0，1，2，3.这为依据具体冲击磨损工况（特别是冲击条件）研发和选材奠定了基础。目前，通过成分匹配和热处理工艺优化，生产用ZG30CrMnSiMo已达到硬度（HRC）51～54，V 型缺口冲击吸收能量≥20 J/cm2，优异的硬韧性配合为该钢种在较大锤头和斗齿等更高冲击磨料磨损工况的应用创造了条件。近期研究表明，初始硬度并不高的耐磨中合金钢冲击磨损加工硬化能力比中碳多元低合金钢优，进而耐磨性更好，由此扩大了耐磨中合金钢在水泥厂和火电厂球磨机衬板等工况的应用。目前国际上挖掘机斗齿、破碎汽车的大型锤破机锤头等选用非锰系耐磨合金钢。采用AOD炉等精炼工艺技术以提高合金钢综合性能，是国外生产此类铸钢的先进技术。

耐磨损球墨铸铁

10年前，通过液淬热处理生产出高硬度和一定韧性的马氏体耐磨球铁，通过Mn等合金化与液淬热处理制造出硬韧性配合较好的贝氏体—马氏体耐磨球铁。这两类耐磨球铁在国内已用于球磨机磨球的生产和组合自固型衬板生产。等温淬火球铁（ADI）具有高强度、一定韧性和良好加工硬化特性，在国内外用于齿轮、凸轮轴等易磨损件。等温淬火含碳化物球墨铸铁（CADI），含有少量碳化物形成元素Cr，并且碳化物数量随Cr量可调，CADI具有较高硬度、一定韧性和良好加工硬化特性，研发工作已取得成果，目前正试用于球磨机磨球。

耐磨球铁磨球典型牌号是ZQQTB和ZQQTM，详见国家标准GB/T 17445-2009《铸造磨球》。耐磨损球墨铸铁件5个典型牌号是QTML-1、QTML-2、QTMD-1、QTMD-2、QTMCD，详见行业标准 JB/T 11843—2014《耐磨损球墨铸铁件》。

 耐磨损钢铁复合材料

钢铁基耐磨复合材料是近些年国内外耐磨材料研究开发的热点之一，在一些严酷的磨损工况得到了工业应用。我国耐磨复合材料经历了双液双金属材料，高铬铁—钢镶铸材料、高铬铁—钢机械组合材料等几个阶段，10年来以复合大锤头（≥90 kg）为标志的高锰钢镶铸硬质合金（或耐磨铸铁）复合材料已在国内一批厂矿生产和应用，近年来高铬铸铁/钢双液双金属复合材料大锤头实现了工业化生产和应用，复合大锤头寿命明显高于原来的普通高锰钢锤头，双液复合大锤头寿命提高了100%甚至更高。

前些年比利时MAGOTTEAUX公司研制出“Bimetal”钢铁双金属复合技术（耐磨层是硬度HRC＞61的高铬铸铁，其他部位是αkn＞245 J/cm2的低碳合金钢）；开发出“Duocast”复合技术，将高硬度高铬铸铁镶嵌在球铸中，生产出大型立磨磨辊；研发“Xwin”技术，在立磨高铬合金磨盘（磨辊）表层镶嵌高硬异质颗粒。之后将Duocast和Xwin复合技术再组合用于立磨磨辊。此复合铸造材料磨辊和磨盘生产和应用效果良好，反映出该复合铸造材料技术是一种先进技术，值得借鉴。但在简化工艺、保证工艺稳定性和生产成本控制方面值得关注。

陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料是近些年国内外研究开发的热点之二。近些年在应用基础研究方面，针对WC、TiC、Al2O3、SiC等陶瓷颗粒特性，与钢铁（液）冶金结合效果，表面复合材料技术工艺参数等方面的工作取得系列成果，在此基础上开发出了多种钢铁基表面复合材料。关于铸渗表面复合材料，减少或不用粘接剂等添加剂得到冶金结合和致密的表面复合层是关键技术之一，提高复合层致密度和增加复合层厚度（＞20 mm）是努力的方向，而由单一平面表层铸渗技术发展出弧面等复杂面表层铸渗技术是该领域的研发重点和难点。