在我國礦山、冶金、電力等行業(yè)的設備中，廣泛應用的耐磨材料是高錳鋼和少量的低合金耐磨鋼板、奧－貝球鐵以及高鉻鑄鐵。由于奧氏體高錳鋼的初始硬度很低，其耐磨性完全依賴于使用過程中的加工硬化效應，耐磨特性只有在高沖擊負荷的工作條件下才能表現(xiàn)出來。在實際應用條件下，奧氏體高錳鋼不能或不能完全加工硬化，其耐磨特性不能得到充分發(fā)揮，有時甚至低于普通碳鋼。低合金耐磨鋼板生產(chǎn)工藝復雜、成本高，耐磨性沒有明顯優(yōu)勢。奧-貝球鐵韌性低，不適應于有較大沖擊的磨損領域，同時石墨球在沖擊磨損條件下不但不能起到自潤滑作用，而且會成為影響其使用壽命的裂紋擴展源，耐磨性能受到了很大影響。高鉻鑄鐵也存在韌性低，不適應于沖擊磨損的缺點。
近年來，以硅為主要合金元素，利用硅在等溫轉變過程中強烈抑制碳化物析出的特點進行等溫淬火，得到由無碳化物貝氏體和被碳、硅穩(wěn)定化了的奧氏體組成的奧-貝雙相組織，這種組織具有優(yōu)異的力學性能。但是，高硅耐磨鑄鋼的內在質量與鋼液的純凈度有很大關系，鋼水中的非金屬夾雜物會導致產(chǎn)品性能的惡化及內在品質的下降，從而導致氣孔的形成及鑄件致密度的降低。另外，高硅鑄鋼的化學成分，特別是wSi和wc對高硅鑄鋼斷裂韌性和疲勞性能影響較大，不利于高硅強韌鑄鋼的開發(fā)。鑒于此，本文進一步優(yōu)化了高硅鑄鋼的成分，采用先進的熱處理工藝，消除了高硅鑄鋼生產(chǎn)中存在的等溫淬火溫度穩(wěn)定性差、產(chǎn)品性能波動大等不足，獲得了新型高硅耐磨鑄鋼。
高硅鑄鋼成分的設計原則是在滿足等溫淬火條件下獲得具有奧氏體-貝氏體復相組織的耐磨鑄鋼；在滿足高強度、高硬度、高韌性和高耐磨性等性能要求的條件下，立足國內資源，力求降低成本。硅是高硅鑄鋼中的主要合金元素，硅含量過高，將使鋼的組織顯著粗化，降低鋼的強韌性，而且鋼的硬度明顯下降；硅含量過低，組織中會出現(xiàn)馬氏體，易于形成裂紋，對鋼的韌性帶來有害作用，增加了材料的脆性，甚至造成嚴重的剝落失效。當硅含量約為2.64%時，可得到完全由貝氏體鐵素體和富碳殘余奧氏體組成的無碳化物奧-貝組織。碳是決定鋼硬度的主要元素，在一定的范圍內，碳含量越高，淬透性越好，淬火后硬度也越高。但碳含量過高也會嚴重降低鋼的韌性，為了保證高的硬度和良好的沖擊韌性，一般選擇碳含量為0.3%～1.2%。綜合考慮，實驗中高硅鑄鋼的化學成分為（質量分數(shù)，%）：2.5Si，0.75C，1.0Mn，0.8Mo，0.2V，0.2Ti，＜0.04P，＜0.04S，0.3RE，其余為Fe。
優(yōu)化設計的高硅鑄鋼的化學成分滿足了在等溫淬火條件下獲得具有奧氏體與貝氏體的復相組織，提高了高硅鑄鋼斷裂韌性和疲勞性能。高硅耐磨鑄鋼的內在質量與鋼液的純凈度有很大的關系，鋼水中的非金屬夾雜物會導致產(chǎn)品性能的惡化、內在品質的下降，同時非金屬夾雜物有助于氣孔的形成及降低鑄件的致密度。奧氏體化工藝為900℃×120min、等溫淬火工藝為320℃×120min時，可獲得較佳的綜合力學性能。通過對高錳鋼、低合金鋼、高硅鑄鋼制造的挖掘機斗齒耐磨性進行對比試驗，高硅鑄鋼斗齒材料具有最好的耐磨性。