小磨损大损失-钢材耐磨性与国民经济发展

第一节　小磨损大损失

在人们的印象中，钢铁材料坚硬无比，无坚不摧，但是，以这种形象出现的钢铁也有着脆弱的一面，那就是磨损。什么是磨损呢？对于“材料磨损”现在并没有一个统一的定义。一般认为，磨损是物体表面材料在相对运动中不断被破坏或损失的现象。磨损的分类也有很多方法，若按磨损机制划分，可分为磨料磨损、黏着磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、接触疲劳磨损、冲击磨损、微动磨损等。在工业领域中，磨料磨损和黏着磨损在工件磨损失效中占有最大比例，而冲蚀、腐蚀、疲劳、微动等磨损失效方式由于往往产生在一些重要构件的运行中， 目前也日益受到重视。在工况条件下，往往是几种磨损形式同时或先后出现，磨损失效交互作用呈现较复杂的形式。确定工件磨损失效的类型是合理选用或研制耐磨钢的依据。另外，零部件的磨损是一个系统工程问题，影响磨损的因素很多，它包括工作条件（载荷、速度、运动方式）、润滑条件、环境因素（湿度、温度、周围介质等）、材料因素（成分、组织、力学性能）、零件表面质量及物理化学特性等。其中每个因素的改变都可能使磨损量改变，甚至使磨损机制改变。由此可见，材料因素只是影响工件磨损的因素之一，要提高钢件的耐磨性需要从特定条件下的摩擦、磨损系统整体着手才会取得预期的效果。

磨损是工件失效的主要形式之一，磨损造成了能源和原材料的大量消耗。据不完全统计，能源的1/3到1/2消耗于摩擦与磨损。据原联邦德国技术科学部估测，原联邦德国因磨损造成的损失每年达到100亿马克。美国机械工程师学会（ASME）和美国能源发展局（ERDA）提出的一项减轻摩擦和磨损的发展计划，可使美国每年节约开支达160亿美元即为能源消耗的11%。据美国刊物介绍，美国几大类产品每年由于磨损所造成的损失是：飞机134亿美元，船舶64亿美元，汽车400亿美元切削工具28亿美元。中国对摩擦和磨损所造成的损失尚缺乏全面统计根据中国机械部门1974～1975年的调查报告，汽车配件年耗用钢材23万吨，其中2/3用于维修，而大部分是由于磨损所致。另据中国电力建材、冶金、采煤和农机等五个部门的不完全统计，每年备件消耗钢材在150万吨以上。以煤矿所用刮板输送机为例，由于中部槽磨损所造成的损失每年为1～2亿元人民币。如果再考虑到其他机械设备磨损造成的经济损失和钢材的消耗其数据将相当惊人。由此可见，提高耐磨钢的质量，开发新型高性能耐磨钢，深入开展钢材磨损机理的研究，以降低由于磨损造成的损失，对于国民经济建设和发展意义重要。

耐磨钢是一类广泛用于各种磨损工况的耐磨材料，从1882年哈德菲尔德（英国）发明了耐磨高锰钢开始，100多年来，新的耐磨钢钢种层出不穷，其冶炼、铸造、热处理和机加工工艺不断改进，耐磨钢的综合力学性能、耐磨性能和使用寿命都在逐步提高，应用领域日渐扩大，广泛地应用于冶金、矿山、建材、电力、铁路和国防等各个部门中，如挖掘机斗齿、球磨机衬板、破碎机颚板、破碎壁、轧臼壁、拖拉机履带板风扇磨冲击板和铁路道岔等等。(www.xing528.com)

国外耐磨材料的生产和应用经过了30多年研究与发展，现已形成了自己的系列产品，并建立起较为完善的国家标准和企业标准体系。在耐磨钢方面，除了传统的奥氏体锰钢及改性高锰钢、中锰钢以外，从其碳含量的不同可分为中碳、中高碳、高碳合金耐磨钢。从合金元素含量的不同又可分为低合金、中合金及高合金耐磨钢。从组织的不同可分为奥氏体、贝氏体、马氏体耐磨钢。

近年来，针对设备磨损的具体工况和资源情况，我国研制出多种新型耐磨钢材料。主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢系列，高碳、中碳和低碳耐磨合金钢系列。在耐磨钢生产工艺设备方面，先后从国外引进数条机械化自动化程度较高的生产线，并结合国情研发了新型工艺设备。同时，采用炉外精炼与连铸等熔炼工艺新技术，使产品的内在质量、外观质量和性能都得到明显提高，金属消耗大幅度降低，一些厂家产品已达到或超过国际水平，并出口到东南亚、 日本、南非、美国、澳大利亚等地，取得了良好的经济社会效益。