中国金属学会耐磨材料学术委员会
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中国金属耐磨材料的发展态势与未来的发展趋向

(王洪发:钢铁研究总院)

我国改革开放30年过去了,国民经济快速增长,经济结构,装备总量和管理模式都发生了巨大的变化。我国耐磨材料行业,越来越被别人们所重视。改革开放30年来我国耐磨材料行业稳步快速发展,无论是在新材料的研制上、新产品的开发上、设备工艺、新技术的革新和应用上、基础理论的研究上,都作了大量的工作,取得可喜的成果。据2007年的调查报告,2006年全国因摩擦磨损造成的经济损失高达9500亿元,占当年GDP4.5%。因此,改进现有耐磨材料、开发新型耐磨材料仍是我们所面临的重要任务。

 一、  过去30年耐磨材料的发展,根据科学发展观—即节约能源、节约资源、环保、自主创新和可持续发展的要求,30年来耐磨材料所取得的进展可归纳以下10项科技进展

 1、    摩擦磨损理论、磨损机理、失效分析以及抗磨技术的研究与应用取得重大进展2

 我国的科研单位,大专院校中的老一辈专家、教授和企业单位的科技工作者,带领一批博士、硕士研究生为此做了大量的理论研究工作,写出大量的研究论文,并在学会组织的技术交流会上进行了互讲、交流和讨论。这些理论数据,对我国耐磨材料的发展起到了极大的促进作用。他们为耐磨材料行业培养了大批人才,这些研究生已成为耐磨材料行业的业务技术骨干及学术带头人。

 2、高新技术产品的开发,关于金属型覆砂(浇冒口砂套)浇注产品的低铬铸球的发展与应用

 该项产品技术工艺成熟、性能优异、生产量大、使用面广、物美价廉,深受用户欢迎,同时这项技术已移植国外,并出口外销。之所以为高新技术产品,是因为该产品是由金属模型快速冷却,加浇冒口沙套保护使铸球组织精细,消除了铸态组织的疏松,强韧性高,寿命长。

 3、    第三大科技进展:耐磨合金钢的研制与发展

1)、贝氏体耐磨钢的研究与应用

 由清华大学方鸿生教授研制的MnB系空淬贝氏体钢已取得工业应用。他的研究成果具备三个特点:1钢的合金元素立足于国内资源即MnB系或SiMnB系。2应用内富有的合金化B元素。它显著提高钢的淬透性,节约贵重合金元素。3该类合金钢生产工艺简单易于操作。该钢种经近几年的研究可水淬,成功地应用于大截面耐磨件。

 由山东冶金研究院李恒德高工研制的65Mn钢和70SiMn钢等温淬火的贝氏体锻钢球,也是值得国内推广应用的科技成果。它的特点是,利用球在轨道上滚动的特点,将65Mn钢段,经锻打成球。通过滚道,滚动入水,淬火,当球温达到350~400℃时,经链条带动料斗将球提升进入硝盐槽的料筐中,经一时间等温淬火之后,将球放入保温坑坑冷,完成贝氏体转变和余热回火工序。这种锻钢球经检测HRC56~58,组织为贝氏体加少量回火马氏体。该球经矿山、水泥、金矿机应用,效果良好,受到用户欢迎,其产品供不应求。它最大的特点是:土法上马,形成一条自动化生产线,花钱少成本低、性能优异,而且球的化学成分立足国内资源。

2)低、中、高合金耐磨钢的发展与应用

 1980年—2000年,国内专家、学者和工程技术人员,根据国内资源和用途研发了一系列低合金、中合金、高合金耐磨钢。该类钢具有优良的强韧性和耐磨性。生产成本比高锰钢低,而且可满足多种不同耐磨性能的要求,适于制造各种类型的耐磨件。这些钢有水淬、油淬、空淬、双液淬火、控制式的冷却淬火以及等温淬火等六种热处理工艺。该类钢种的含碳量主要为中碳(0.30~0.50%C)和高碳(0.60~1.00%C)两类。钢的合金元素主要为CrMnSiMoVTiBRe等。钢淬火回火后的硬度为:高碳类合金钢HRC50~58;中碳钢类HRC45~55;冲击韧性10~30J/cm2。国内这类钢研制应用比较成熟的钢种达20余种。生产应用表明,该类钢耐磨件如磨机衬板、破碎机锤头、板锤、板、铲齿等使用寿命较高锰钢提高0.5~3倍。该项成果值得国内推广应用。

 4、    高鉻白口铸铁的研制与应用

 建国以来,我国对耐磨白口铸铁进行了大量的研究与应用工作。可分为两个阶段,70年代以前主要研究与应用的是普通白口铸铁和低合金白口铸铁,80年代以后主要是研究高铬百口铸铁、硼百口铸铁、高钨白口铸铁。特别是由于唐山水机厂、北京水机厂、西安水机厂引进国外高鉻白口铸铁的技术与装备后,对高鉻白口铸铁合金化理论和生产工艺进行了大量的研究,取得了重大的进展与突破,获得多项科技成果。产品性能如高鉻铸球、渣浆泵过流件、磨辊、锤头、板锤、双金属复合衬板等达到国际先进水平,并列入国家标准。

 但是由于我国鉻合金资源,基本上依靠进口,特别是改革开放以来不锈钢快速发展,使鉻合金异常紧缺,价格提高。所以建议在高鉻铸铁的使用上,要把握一个度,建议可在关键件上、复合材料上应用。

 5、    马氏体基体,贝氏体基体,马氏体+贝氏体基体球墨铸铁的开发与工业应用

 40年代末期国内外学者研究成功球铸铁。由于它具有优良的性能,所以在汽车、农机和建材行业得到广泛地应用,至今世界球墨铸铁产量仍达数百万吨。改革开放以来,特别是近10年来,我国研究发现,球墨铸铁不仅具有优良的强度和韧性,而且还具有优良的耐磨性和抗冲击疲劳性能。球墨铸铁经过高温淬火、回火或等温热处理,其硬度达HRC50~60.由于含Si高具有一定的抗蚀性能。我国研制的马氏体基体、奥氏体基体、马氏体+贝氏体基体的球墨铸铁磨球、衬板已工业应用,并取得较好的使用效果。它的特点是生产装备简易,如用冲天炉或中频感应炉就可以进行生产,且球墨化处理技术操作容易。球墨铸铁化学成分符合国家资源赋存状况,主要是SiMn、稀土。但热处理要求比