金屬材料的破壞主要有三種形式：即斷裂、腐蝕和磨損。據(jù)統(tǒng)計，由磨損造成的經(jīng)濟損失是相當驚人的，美國約500億美元/年，德國300億馬克/年，我國每年因球磨機磨球磨損消耗近200萬t，各種破碎機襯板消耗近50萬t，軋輥消耗近60萬t，各種工程挖掘機、裝載機、輸送管道、破碎機錘頭和鄂板等消耗超過50萬t，因此對耐磨的研究具有十分重大的意義。
低合金高強度耐磨板的研究是近幾十年開始的，該鋼種具有良好的可加工性能和優(yōu)良的耐磨性能，使用壽命是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼板的數(shù)倍，生產(chǎn)工藝簡單，一般采用軋后淬火加回火，或者通過控軋控冷工藝進行強化。日本、德國及瑞典等國的一些鋼鐵公司都生產(chǎn)低合金高強度耐磨板，我國在近10年才打破傳統(tǒng)16Mn鋼的低級別狀態(tài)，開始向經(jīng)濟型和高性能方向發(fā)展。
1.國內(nèi)外低合金耐磨板生產(chǎn)現(xiàn)狀
目前國外生產(chǎn)耐磨板的著名廠家有瑞典奧克隆德、德國迪林根、德國蒂森克虜伯、日本的JFE，其中，瑞典奧克隆德生產(chǎn)的HARDOX系列，硬度達HB400、HB500、HB550和HB600；德國迪林根的400V和500V；德國蒂森克虜伯的XAR400、XAR450、XAR500；日本的JFE—EH400和EH500等。我國能生產(chǎn)低合金高強度耐磨板的廠家主要有舞鋼、武鋼、寶鋼、南鋼等。鞍鋼也已開發(fā)出AM360、AM400及AM450耐磨板，但產(chǎn)品性能穩(wěn)定性和整體品質(zhì)與國外產(chǎn)品相比還存在一定差距。
瑞典奧克隆德的HARDOX悍達400和450是多用途的耐磨板，由于其高韌性、良好的彎曲和焊接性能，在一些應(yīng)用中也可用作承載用途。HARDOX悍達500是一種可彎曲和焊接的耐磨板，可應(yīng)用于對耐磨性能要求更高的領(lǐng)域。HARDOX悍達550是一種平均硬度為550HB的耐磨板板，其韌性與HARDOX悍達500相同，被應(yīng)用于高磨損的場合。當從HARDOX悍達500鋼板升級到該產(chǎn)品時，在布氏硬度上提高了50個單位，在不損失鋼板韌性的情況下延長了耐磨壽命；HARDOX悍達600是世界上最硬的耐磨板板，硬度值達到600HB。
德國蒂森克虜伯XAR系列耐磨板，硬度范圍覆蓋HB300-600，主要以Cr、Mo合金化。
德國迪林根DILLIDUR400、DILLIDUR500等系列耐磨板，布氏硬度分別為HB400、HB500，厚度范圍可覆蓋6-150mm，采用淬火+低溫回火工藝。
我國近年在低合金馬氏體耐磨板研究方面有很大進展。低合金馬氏體鋼是采用Cr、Ni、Mo等元素合金化，然后通過淬火與低溫回火熱處理，獲得回火馬氏體組織，如中國舞陽鋼廠生產(chǎn)的WNM系列耐磨板是國內(nèi)耐磨板的代表。舞陽鋼廠擁有先進水平的電爐冶煉、連鑄（模鑄）、軋制、熱處理、精整短流程生產(chǎn)線。主體設(shè)備有：4座90t、100t 超高功率電爐，5座90t、100t LF精煉爐，4座90t、100t VD真空爐，3臺1900mm、2500mm大型板坯連鑄機，9條鋼錠大型模鑄線，2座4100mm、4200mm寬厚板軋機和常化爐、淬火爐、外機爐、車底爐等熱處理爐群，具有500萬t鋼、360萬t寬厚板的生產(chǎn)能力，是國內(nèi)生產(chǎn)耐磨板實力較強的企業(yè)。
與國內(nèi)相比，國外能生產(chǎn)更高強度級別的耐磨板，布氏硬度覆蓋HB200-600，生產(chǎn)厚度規(guī)格覆蓋6-120mm的范圍，遠遠大于國內(nèi)生產(chǎn)能力最強的舞鋼8-80mm，而鞍鋼耐磨板目前只具有生產(chǎn)厚度為20-60mm的能力，跟國內(nèi)外先進水平都存在較大差距。
2.鞍鋼低合金耐磨板成分和組織設(shè)計特點
鞍鋼生產(chǎn)低合金耐磨板AM360及AM400采用了Cr、Ni、Mo系列合金化，通過淬火與低溫回火熱處理，獲得回火馬氏體組織。由于馬氏體的高密度位錯、細小的孿晶、碳的偏聚以及馬氏體的間隙固溶，使馬氏體組織具有高強度，其屈服強度達1100MPa以上，硬度值達到HB330-400，能滿足一般機械構(gòu)件的使用要求。但這種靠馬氏體基體硬度來抗磨的耐磨板，在高應(yīng)力磨料磨損條件下，耐磨性顯得不夠。面對一些復(fù)雜工況或者具有高沖擊應(yīng)力情況下，需要進一步提高耐磨板的強度和硬度以及耐磨性，研制開發(fā)出具有更高硬度級別的耐磨板。
具有良好耐磨性的組織應(yīng)能提供較高的硬度和足夠的韌性，馬氏體組織具有高強度和高硬度，但其韌性不足，以下分析較高硬度組織狀態(tài)的韌性和耐磨性。傳統(tǒng)高錳耐磨板鑄態(tài)組織是奧氏體+馬氏體+碳化物，水韌處理后為單一的奧氏體組織，高錳鋼的主要特征是屈服強度低，具有良好的韌性和加工硬化能力，即在強烈的沖擊載荷或擠壓載荷下，受力表面被加工硬化，從而具有良好的耐磨性，但它的使用范圍受到限制。低合金鋼中淬硬態(tài)的組織有馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體和未溶碳化物等。有資料表明：板條馬氏體在準解理斷裂時消耗較多的斷裂功，從而提高了韌性，而片狀馬氏體斷裂時伴有的微裂紋造成片狀馬氏體的脆性，因此板條馬氏體韌性高于片狀馬氏體。下貝氏體以不同位向的鐵素體板條為最小斷裂單元，其韌性較相同硬度的回火馬氏體高，也高于上貝氏體。貝氏體鋼基本相板條極細，碳含量較高，碳化物多是以微細顆粒均勻分布在基體上，組織內(nèi)應(yīng)力較低，具有較高的抗變形能力，其耐磨性高于回火馬氏體鋼。殘余奧氏體存在于馬氏體板條或馬氏體片間，也存在于下貝氏體組織中，因其能使應(yīng)力松馳，阻礙裂紋擴展，材料斷裂時吸收能量增加，而使韌性改善。未溶碳化物會引起應(yīng)力集中，形成裂紋源，有利于裂紋擴展，加速脆斷，降低韌性。
不同組織的耐磨性取決于硬度和韌性，在接近硬度下韌性良好的組織相應(yīng)也有良好的耐磨性。資料表明：板條馬氏體耐磨性優(yōu)于片狀馬氏體；下貝氏體耐磨性高于相同硬度的回火馬氏體。殘余奧氏體的作用取決于磨損類型：在低應(yīng)力磨損下，殘余奧氏體增多，硬度降低，耐磨性下降。高應(yīng)力與沖擊不大的磨損條件下，殘余奧氏體增加，可抑制裂紋形成和擴展，阻礙變形和剝層疲勞磨損。而提高耐磨性，在較大沖擊條件下，如大磨機中的磨球，過多殘余奧氏體對耐磨性不利，因在沖擊變形中殘余奧氏體發(fā)生馬氏體相變，體積膨脹，應(yīng)力集中而發(fā)生脆性剝落。在M/A基體中分布細小彌散碳化物對耐磨性有利，而在基體中分布大塊未溶碳化物。在高應(yīng)力較大沖擊下碳化物作為裂紋源引起脆性斷裂剝落，對耐磨性不利。
根據(jù)以上分析，低合金耐磨板應(yīng)通過合金控制和熱處理獲得如下類型的組織狀態(tài)：板條馬氏體+板條間殘余奧氏體的組織，可由淬火+低溫回火獲得。鞍鋼AM360、AM400就是按照這種方法生產(chǎn)。下貝氏體或貝氏體+馬氏體的復(fù)合組織，可通過等溫處理或連續(xù)冷卻獲得。由于這種組織的耐磨性高于單純馬氏體組織的耐磨性，鞍鋼將AM450以上級別的耐磨板設(shè)計成貝氏體+馬氏體的復(fù)合組織。