1  國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1  國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

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：

（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內(nèi)外用量******的一類耐磨鋼，以Mn13系列和Mn17系列為主。控制P、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是高硬度和低韌性。Cr15、Cr20和Cr26系列高鉻耐磨鑄鐵在國內(nèi)外均已大批量生產(chǎn)和應(yīng)用。我國又研發(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、韌性較高和強度較高，特別是硬韌性匹配良好為特點。

（4）耐磨損球墨鑄鐵。我國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)，用于磨輥和磨盤生產(chǎn)和應(yīng)用，效果良好。我國雙液雙金屬材料、鑲鑄復(fù)合材料實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。陶瓷顆粒增強鋼鐵基耐磨復(fù)合材料是近年國內(nèi)外研發(fā)的熱點之一。

1.1.2  鑄造鋼鐵耐磨材料工藝技術(shù)

近年我國研制出磨球和磨段機械化和自動化生產(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  國外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.2.1  奧氏體錳鋼

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

1.2.2  耐磨損白口鑄鐵

目前國外渣漿泵過流件、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外均已大批量生產(chǎn)和應(yīng)用。耐磨損白口鑄鐵的標準化工作起步較早，現(xiàn)有ISO國際標準，在主要工業(yè)發(fā)達國家均有了國家標準（或相當于國標標準）。

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，近些年在國外生產(chǎn)和應(yīng)用逐漸增多。近年高硬度過共晶高鉻鑄鐵研發(fā)與應(yīng)用取得進展，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HRC63，應(yīng)用于渣漿泵過流件，使用壽命大幅度提高。

1.2.3  非錳系耐磨損合金鋼

目前國際上挖掘機斗齒、破碎汽車的大型錘破機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，是國外生產(chǎn)此類鑄鋼的先進技術(shù)。

1.2.4  耐磨損鋼鐵復(fù)合材料

鋼鐵基耐磨復(fù)合材料是近些年國外耐磨材料研究開發(fā)的熱點之一。前些年比利時MAGOTTEAUX公司研制出“Bimetal”鋼鐵雙金屬復(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（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)是一種先進技術(shù)，值得借鑒。但在簡化工藝、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  國內(nèi)外的差距

在耐磨材料技術(shù)方面，我國材料研發(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)達國家相比，我國鑄造耐磨材料產(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)新投入嚴重不足；自動化和機械化生產(chǎn)程度有待提高；缺乏專業(yè)人才；知識產(chǎn)權(quán)認識和保護不足；采用先進標準組織生產(chǎn)不夠，執(zhí)行標準不嚴格；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)品的認識不足；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；先進檢測儀器和手段的應(yīng)用較少；產(chǎn)品國際競爭力欠佳。

1.4  問題分析與解決思路

我國鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)與世界先進水平還有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，為此我國部分耐磨材料企業(yè)只能處于產(chǎn)業(yè)低端從事來料加工業(yè)。

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

2  發(fā)展目標

“十三五”期間，我國鑄造耐磨材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)部分落后領(lǐng)域縮小與工業(yè)發(fā)達國家的差距，爭取整體技術(shù)水平達到國際先進水平，部分領(lǐng)域技術(shù)水平達到國際領(lǐng)先水平。

3  發(fā)展重點

3.1 技術(shù)路線

分別從耐磨材料開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域、熔煉與鑄造領(lǐng)域、熱處理領(lǐng)域、機械加工領(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、優(yōu)化選材，在不降低韌性的情況下提高耐磨性。

解決高硬度過共晶高鉻鑄鐵件脆性問題，提高鉻合金耐磨鑄鐵性價比。

通過合金化、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濾技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

4  重點項目

重點項目如表1所示。

5  政策建議

增加財政經(jīng)費投入與支持，鼓勵和實踐政產(chǎn)學(xué)研用合作機制，加強產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟與協(xié)同創(chuàng)新中心建設(shè)，加強共性技術(shù)創(chuàng)新平臺建設(shè)，建設(shè)和完善鑄造耐磨材料標準化體系。