低合金耐磨鋼(wear-resistinglow-alloysteel)

以磨損作為主要失效方式的工況下使用的低合金鋼。主要分為低合金焊接耐磨鋼、工程機械零件用低合金耐磨鋼和農業機械用低合金耐磨鋼。

低合金焊接耐磨鋼是在低合金高強度焊接鋼的基礎上發展起來的鋼種。日本、美國、德國和前蘇聯等國曾將抗拉強度590～’785MPa級的高強度鋼板廣泛用于礦山機械和工程機械的耐磨部件的制造。為了進一步提高經受強烈磨損構件的使用壽命，20世紀70年代以來，又開發了低合金高硬度鋼板，這類鋼的特點是硬度高(布氏硬度可達到HB500)，且具有可焊性。通常采用軋制方法使這類鋼成為鋼板或型鋼，然后通過焊接成為構件。它主要用于煤礦括板輸送機的中部槽底板、礦山機械的耐磨襯板、護板、大型自卸車箱斗用襯板等等。日本等國的一些鋼鐵公司已將這類鋼編成系列，形成標準。例如，日本新日鐵公司的高硬度鋼有16個牌號，日本鋼管公司有10個牌號、日本住友金屬公司有5個牌號。這些鋼的碳含量一般不超過0.21％～0.24％(要求達到布氏硬度HB≥400～500時，碳含量≤0.35％)，通常都采用錳和硼作為主要強化元素，錳含量不超過1.6％～1.7％，硼含量≤0.005％。當鋼板較厚或有其它性能要求時，需要同時加入鉻、鉬、釩、銅、鎳等元素。例如，日本新日鐵公司的WEL-TENAR235E～AR360E鋼中的主要元素為碳≤0.22％、錳≤1.60％、硼≤0.005％、鉻≤0.50％。而另一組的WEL-TENAR235～AR400，則除了含錳、硼、鉻外，還含有銅0.15％～0.50％、鎳0.40％～1.50％、鉬0.15％～0.60％、釩≤0.10％。它們的硬度可以分別達到HB≥235～361或HB≥235～401。板厚可達50或100ram。表1中列舉了兩種低合金耐磨鋼的化學成分和力學性能。在濕砂磨損試驗中，與低碳鋼試樣比較，不同低合金耐磨鋼試樣的失重可減少20％～75％。

表1兩種低合金耐磨鋼的化學成分和力學性能

這類低合金耐磨鋼生產的主要流程為：

工程機械零件用低合金耐磨鋼推土機、裝載機等是工程機械中的主體機械，由于它們大都是以泥砂、巖石為作業對象，尤其是履帶推土機、裝載機(含挖掘機)的行走機構和工作裝置，其零部件都受到強烈的磨料磨損。對推土機的故障分析表明，推土機從新車到報廢，行走機構零部件的修理、更換費用約占總修理費用的60％，而因磨損造成的修理費又在其中占主導地位。這類工程機械的主要易磨損件有履帶板、鏈軌節、銷套、驅動輪、引導輪、支重輪、刀片、斗齒(斗刃)、松土器齒等等。所采用的材質多為中碳的錳鋼或錳硼鋼，根據需要有時也加入硅、鉻、鎳、鉬等合金元素。用軋、鍛或鑄成型，熱處理時，在保證工件整體的強度和韌性的同時，較注重提高工件表面層的硬度。表2中列出了日本推土機、裝載機行走機構和工作裝置易磨損件常用鋼牌號的主要化學成分、熱處理方式和硬度。

農業機械用低合金耐磨鋼農機具中的犁鏵、耙片、鋤鏟等在工作時，受到土壤、石塊顆粒和根莖的不斷摩擦而磨損，且經常與砂石塊、樹根等相撞而可能造成折斷或崩刃，因此，要求它們有較高的耐磨性以及足夠的強度和韌性。表3中列出了一些國家農機具用低合金耐磨鋼的化學成分。表4是典型農機具低合金耐磨鋼零件的熱處理和硬度值。低合金犁鏵鋼的力學性能如表5所示。犁鏵的使用壽命決定于犁鏵的硬度、強度、熱處理質量以及土壤的結構和性質。提高材料硬度是改善農機具耐磨性的主要途徑。根據室內試驗結果，不同鋼材的硬度、回火溫度與相對耐磨性的關系如圖3和圖4所示。

表2日本推土機、裝載機中易磨損件用鋼種的主要化學成分和熱處理方式

表3

表4

表5

(縱坐標為：相對耐磨系數ε；橫坐標為硬度（HV）)

圖1不同鋼材經淬火、回火處理后硬度與相對耐磨系數的關系

1-T10；2-65Mn；3-65鋼

展望從生產工藝上著手提高使用性能是低合金耐磨鋼的主要發展趨勢。例如，從冶煉上采取精煉措施，減少鋼中的夾雜物和氣體含量，改變夾雜物的形狀和分布，對提高耐磨性有利。20世紀80年代以來，日本等國在低合金耐磨鋼板的生產中比較注重采用鋼板軋后直接淬火法取代傳統的再加熱淬火法，這樣做不僅節約能源，而且能提高鋼的淬透性，從而可以減少加入的合金元素種類及含量。同時，相應發展了Mn—B或Ti—B系鋼類，取得了降低鋼板成本與改善其工藝性能的良好效果。在工程機械和農業機械用低合金耐磨鋼件的生產中，在保證工件整體強韌性的條件下，比較注意在工件表面或特定部位采用強化(硬化)措施，如實行中、高頻淬火和化學熱處理工藝等。在鍛造成型的零件中常采用鍛造余熱淬火或形變熱處理方法，可顯著提高工件的強韌性與耐磨性能。

(縱坐標為：相對耐磨系數ε；橫坐標為回火溫度)

圖2相對耐磨系數與回火溫度的關系

1-65SiMnRE；2-65SiMn；3-65Mn；4-65鋼