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耐磨鋼的發展簡史

時間:2015/8/26 點擊: 【字體:
    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、熱處理和機加工工藝不斷改進,耐磨鋼的綜合力學性能、耐磨性能和使用壽命逐步提高,其應用領域日漸擴大。當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,當我們認識耐磨鋼的現狀,我們將從中獲得啟迪,找尋不足,明確本行業的希望和未米的發展方向。 了解耐磨鋼的歷史發展,應從合金鋼的發展說起。
    偉大的發明家Faraday不僅在電磁感應及電化學方面為世界的現代文明作出了重要的貢獻,他還是一位偉大的冶金學家,他被稱為發展合金鋼的先驅〔1--3]0 Faraday在英國皇家學院工作期間,與Stodart一起在1820年發表了論文“改善鋼的合金試驗”,在1822年發表了論文“論鋼的合金”。這兩篇關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。Faraday在1820--1822年間試驗研究了加人銅、鎳、鉻及貴金屬元素的鋼,這一研究雖然在當時沒有產生什么直接意義的結果,但其系統的試驗對后來的合金鋼發展具有啟發性并有著深遠的意義[[3]。后來人們逐漸認識到Faraday的工作在合金鋼發展史上的重要地位,因而推崇他為合金鋼研發的先驅。
    第二位代表人物是Mushet,他在1868年研發出高鎢自淬工具鋼即Mushet 特殊鋼,其特點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。在此基礎上高碳合金工具鋼得到發展,經過后人們不斷改進,在1906年研發出今天仍在使用的W18Cr4V型高速鋼。
    Faraday和Mushet被后人公認在合金鋼方面做了一些開創性的試驗研究工作,但這只能說是現代合金鋼的前奏[[31,而英國人Hadf ield才是現代合金鋼的奠基人。Hadfield在1882年9月發明了耐磨高錳鋼(又稱Hadf ield高錳鋼),在 1884年又發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,為世界進入現代合金鋼時代揭開了序幕。Hadf ield堪稱是偉大的發明家,他在1882 年研制的耐磨高錳鑄鋼主要成分是w?二1。35%,w(Si)二0。69%, w(Mn)= 12。76%,其主要特點是有很好的韌性而且越磨越硬。1892年高錳鑄鋼首次被工業應用,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用,至今仍在許多大沖擊強磨損工況應用而不能被替代,如用做圓錐式破碎機軋臼壁和破碎壁,大型M式破碎機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也是現代耐磨鋼的奠基人。真正的現代耐磨鋼發展始于1882年。
    中、高碳低合金和中合金耐磨鋼的發展則是與合金結構鋼的發展相伴的。中碳合金結構鋼的出現是從19世紀末鎳鋼的研制開始的,1878-1888年間,法國的冶金學家冶煉出鎳合金鋼,此后各種中碳合金結構鋼相繼出現。20世紀初典型的4340 (40NiCrMo)合金鋼(w?=0。4%,二(NO=1。65%一2。00%,w(Cr)=0。70% -0。90%, w (Mo) = 0。20% ---0。30%)即開始應用直到現在。中、低合金耐磨鋼的發展借鑒了合金結構鋼的化學成分,但在制備工藝方面有較多的改進,特別是熱處理工藝與合金結構鋼有較大的不同,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、低合金耐磨鋼的發展還有一個顯著的特點,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出卓越的性能價格比,這也是中低合金耐磨鋼得以廣泛應用的重要原因。以水泥廠球磨機耐磨襯板為例,20世紀60年代及其之前絕大多數襯板采用高錳鑄鋼,進人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。但隨著國內外技術交流的擴大和生產實踐的總結,人們逐漸意識到采用多元合金化是提高耐磨鋼淬透性、強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80年代之后大力開展了中、低合金耐磨鋼的研制和工業應用工作,取得了一系列成果,較典型的耐磨鋼種是30CrMnSiMoNi和Cr5 Mo鋼,用于制造球磨機襯板、錘破機錘頭及挖掘機斗齒等典型耐磨件,獲得了良好的經濟效益。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用研究,進一步提高了耐磨鋼的綜合性能。
    在奧氏體錳鋼的發展過程中,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%) 也得到發展。美國的Climax鋁公司在20世紀70年代發展了中錳鋼,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標準并在1999年列人ISO奧氏體錳鋼鑄件標準。Mn17系列高錳鋼更適于厚大鑄件的生產,以高的韌性和加工硬化能力得以應用,該鋼種在 1999年被列人IS(〕奧氏體錳鋼鑄件標準。
隨著耐磨鋼的發展,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,濕態腐蝕磨損工況下使用的耐蝕耐磨鋼等,其研制和工業應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研究和進一步推廣應用。
關鍵詞:鍋爐配件|耐磨耐熱鑄鋼|金屬陶瓷復合磨輥

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