1  國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.1  國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

磨損是材料三大失效方式之一。材料磨損以磨料磨損最為嚴(yán)重，本規(guī)劃所述的鑄造耐磨材料及耐磨鋼鐵鑄件主要指用于磨料磨損工況的材料和零部件。

現(xiàn)已構(gòu)成技術(shù)系列并已工程化和產(chǎn)業(yè)化的鑄造耐磨材料及其技術(shù)分為以下5大類(lèi)：

（1）奧氏體錳鋼（含Mn13鋼系列、Mn17鋼系列、Mn25鋼和Mn7鋼系列）；

（2）耐磨損白口鑄鐵（含高鉻、中鉻、低鉻白口鑄鐵系列）；

（3）非錳系耐磨損合金鋼（奧氏體錳鋼之外的耐磨合金鋼）；

（4）耐磨損球墨鑄鐵；

（5）耐磨損鋼鐵復(fù)合材料。

1.1.1  鑄造鋼鐵耐磨材料

（1）奧氏體錳鋼。目前奧氏體錳鋼還是國(guó)內(nèi)外用量******的一類(lèi)耐磨鋼，以Mn13系列和Mn17系列為主?？刂芇、Si、O、H含量是錳鋼件生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)；另外為減少鑄造高錳鋼晶粒易粗大和柱狀晶現(xiàn)象，V、Ti、Nb、B和RE等微量元素常被加入高錳鋼。

（2）耐磨損白口鑄鐵。耐磨白口鑄鐵的主要特點(diǎn)是高硬度和低韌性。Cr15、Cr20和Cr26系列高鉻耐磨鑄鐵在國(guó)內(nèi)外均已大批量生產(chǎn)和應(yīng)用。我國(guó)又研發(fā)了中鉻硅耐磨鑄鐵和適于鑄態(tài)應(yīng)用的低鉻耐磨鑄鐵，并已批量生產(chǎn)和工業(yè)應(yīng)用。澳大利亞研發(fā)出高硬度高碳高鉻過(guò)共晶耐磨鑄鐵材料。

（3）非錳系耐磨損合金鋼。非錳系耐磨合金鋼以硬度較高、韌性較高和強(qiáng)度較高，特別是硬韌性匹配良好為特點(diǎn)。

（4）耐磨損球墨鑄鐵。我國(guó)等溫淬火含碳化物球墨鑄鐵（CADI），含有少量碳化物形成元素Cr，具有較高硬度、一定韌性和良好加工硬化特性，研發(fā)工作已取得階段成果。

（5）耐磨損鋼鐵復(fù)合材料。比利時(shí)MAGOTTEAUX公司先后研制出“Bimetal”、“Duocast”、“Xwin”耐磨復(fù)合材料技術(shù)，用于磨輥和磨盤(pán)生產(chǎn)和應(yīng)用，效果良好。我國(guó)雙液雙金屬材料、鑲鑄復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼鐵基耐磨復(fù)合材料是近年國(guó)內(nèi)外研發(fā)的熱點(diǎn)之一。

1.1.2  鑄造鋼鐵耐磨材料工藝技術(shù)

近年我國(guó)研制出磨球和磨段機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)線。研發(fā)和應(yīng)用金屬型或覆砂金屬型，是提高耐磨件質(zhì)量的較好方式之一。

1.2  國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.2.1  奧氏體錳鋼

目前奧氏體錳鋼還是國(guó)外用量******的一類(lèi)耐磨鋼。國(guó)外生產(chǎn)和應(yīng)用的奧氏體錳鋼也是以Mn13系列和Mn17系列為主，其中屈服強(qiáng)度和耐磨性較高的Mn13Cr2和Mn17Cr2耐磨鋼的市場(chǎng)用量較大。國(guó)外迄今在大沖擊載荷磨料磨損工況，如圓錐式破碎機(jī)軋臼壁和破碎壁、旋回式破碎機(jī)襯板、電鏟鏟齒、大中型顎式破碎機(jī)顎板、大型錘式破碎機(jī)錘頭以及大中型濕式礦山球磨機(jī)襯板等仍主要選用奧氏體錳鋼。奧氏體錳鋼的標(biāo)準(zhǔn)化工作起步較早，在主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均有了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（或相當(dāng)于國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)），1999年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布《奧氏體錳鋼鑄件》（ISO13521：1999）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。其中標(biāo)準(zhǔn)含碳量的ZG120Mn17、ZG120Mn17Cr2還被列入了奧氏體錳鋼鑄件國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)高錳鋼件時(shí)比較重視冶煉過(guò)程，其冶金質(zhì)量較好。

1.2.2  耐磨損白口鑄鐵

目前國(guó)外渣漿泵過(guò)流件、反擊破板錘等仍主要選用耐磨白口鑄鐵。Cr15、Cr20和Cr26系列高鉻耐磨鑄鐵在國(guó)外均已大批量生產(chǎn)和應(yīng)用。耐磨損白口鑄鐵的標(biāo)準(zhǔn)化工作起步較早，現(xiàn)有ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均有了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（或相當(dāng)于國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)）。

低碳含量（1.1％～2.0％C）的Cr12高鉻鑄鐵，淬火回火后硬度≥HRC50，具有較好的韌性，近些年在國(guó)外生產(chǎn)和應(yīng)用逐漸增多。近年高硬度過(guò)共晶高鉻鑄鐵研發(fā)與應(yīng)用取得進(jìn)展，澳大利亞沃曼公司制造的A217高碳高鉻白口鑄鐵（5.0%C，35%Cr）硬度超過(guò)HRC63，應(yīng)用于渣漿泵過(guò)流件，使用壽命大幅度提高。

1.2.3  非錳系耐磨損合金鋼

目前國(guó)際上挖掘機(jī)斗齒、破碎汽車(chē)的大型錘破機(jī)錘頭等選用非錳系耐磨合金鋼。采用AOD爐等精煉工藝技術(shù)以提高合金鋼綜合性能，是國(guó)外生產(chǎn)此類(lèi)鑄鋼的先進(jìn)技術(shù)。

1.2.4  耐磨損鋼鐵復(fù)合材料

鋼鐵基耐磨復(fù)合材料是近些年國(guó)外耐磨材料研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一。前些年比利時(shí)MAGOTTEAUX公司研制出“Bimetal”鋼鐵雙金屬?gòu)?fù)合技術(shù)（耐磨層是硬度＞HRC61的高鉻鑄鐵，其他部位是α_kn＞245 J/cm2的低碳合金鋼）；開(kāi)發(fā)出“Duocast”復(fù)合技術(shù)，將高硬度高鉻鐵鑲嵌在球鐵中，生產(chǎn)出大型立磨的磨輥；研發(fā)“Xwin”技術(shù)在立磨高鉻合金磨盤(pán)（磨輥）表層鑲嵌高硬異質(zhì)顆粒。之后又將Duocast和Xwin復(fù)合技術(shù)再組合用于立磨磨輥。此復(fù)合鑄造材料磨輥和磨盤(pán)生產(chǎn)和應(yīng)用效果良好，反映出該復(fù)合鑄造材料技術(shù)是一種先進(jìn)技術(shù)，值得借鑒。但在簡(jiǎn)化工藝、保證工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本控制方面值得關(guān)注。

1.3  國(guó)內(nèi)外的差距

在耐磨材料技術(shù)方面，我國(guó)材料研發(fā)水平較高，工藝技術(shù)水平和裝備水平還有一些差距。與耐磨材料工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)的主要差距和不足是：整體技術(shù)研發(fā)和技術(shù)改造能力較弱；企業(yè)自主創(chuàng)新投入嚴(yán)重不足；自動(dòng)化和機(jī)械化生產(chǎn)程度有待提高；缺乏專(zhuān)業(yè)人才；知識(shí)產(chǎn)權(quán)認(rèn)識(shí)和保護(hù)不足；采用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)組織生產(chǎn)不夠，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)格；企業(yè)工藝技術(shù)水平參差不齊；缺乏核心關(guān)鍵技術(shù)；用新技術(shù)、新工藝生產(chǎn)高附加值高端產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)不足；科技成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用較差；生產(chǎn)裝備水平較低；產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定；熔煉與精煉水平較低，堿性電弧爐應(yīng)用較少，精煉爐應(yīng)用甚少；大型耐磨件制造困難；鑄件粗糙度等表面質(zhì)量較差；尺寸和重量偏差較大；先進(jìn)檢測(cè)儀器和手段的應(yīng)用較少；產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力欠佳。

1.4  問(wèn)題分析與解決思路

我國(guó)鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)與世界先進(jìn)水平還有5～10年的差距，產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)能力不夠與技術(shù)投入不足是這種差距的主要原因，為此我國(guó)部分耐磨材料企業(yè)只能處于產(chǎn)業(yè)低端從事來(lái)料加工業(yè)。

通過(guò)加大投入、資源整合和協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、改造與突破，是我國(guó)鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)升級(jí)的迫切任務(wù)。

2  發(fā)展目標(biāo)

“十三五”期間，我國(guó)鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)部分落后領(lǐng)域縮小與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，爭(zhēng)取整體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分領(lǐng)域技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

3  發(fā)展重點(diǎn)

3.1 技術(shù)路線

分別從耐磨材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域、熔煉與鑄造領(lǐng)域、熱處理領(lǐng)域、機(jī)械加工領(lǐng)域、裝備制造領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè)領(lǐng)域開(kāi)展工作，構(gòu)成合理技術(shù)路線。

3.2 共性和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

奧氏體錳鋼合金設(shè)計(jì)、優(yōu)化選材，在不降低韌性的情況下提高耐磨性。

解決高硬度過(guò)共晶高鉻鑄鐵件脆性問(wèn)題，提高鉻合金耐磨鑄鐵性?xún)r(jià)比。

通過(guò)合金化、精煉、鑄造工藝和熱處理工藝提高非錳系耐磨損合金鋼硬韌性能和拓展應(yīng)用工況。

陶瓷顆粒與預(yù)制體增強(qiáng)鋼鐵基耐磨復(fù)合材料及制備技術(shù)。

含碳化物球墨鑄鐵合金設(shè)計(jì)與組織控制，提高材料硬韌性能和拓展應(yīng)用工況。

金屬型、覆砂金屬型、離心鑄造、外場(chǎng)輔助鑄造等耐磨件生產(chǎn)線研制與應(yīng)用。

耐磨鋼鐵液精煉和過(guò)濾技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

4  重點(diǎn)項(xiàng)目

重點(diǎn)項(xiàng)目如表1所示。

5  政策建議

增加財(cái)政經(jīng)費(fèi)投入與支持，鼓勵(lì)和實(shí)踐政產(chǎn)學(xué)研用合作機(jī)制，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟與協(xié)同創(chuàng)新中心建設(shè)，加強(qiáng)共性技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，建設(shè)和完善鑄造耐磨材料標(biāo)準(zhǔn)化體系。