·798 工程科学学报，第41卷，第6期 oxide layer.The main wear pattern at this time is still abrasive wear,although the wear rate and friction coefficient are affected by ox- ides.The main factors influencing the wear behavior are the hardness,oxide volume fraction,and oxidation activation energy of the wear-resistant steel,as found through the analysis of high-temperature frictional wear behavior and micro-oxidation model.In conclu- sion,the wear mechanisms of NM400 and NM500 steels from room temperature to 300C are influenced by the combined effect of abra- sive wear,extrusion deformation wear,and trace oxide wear.NM500 steel exhibites better wear resistance than NM400 steel,and this can be mainly attributed to higher level of its hardness.A small amount of additional alloying elements in the high-strength micro- alloyed martensitic wear-resistant steel can reduce the wear rate to some extent,due to the formation of a certain amount of stable atta- ched oxides that are produced during the high-temperature friction process. KEY WORDS abrasive wear:high-temperature wear:oxide wear;feeder:liner 在深井提升技术与装备方面，国外发展较早，在 化的场合，其耐磨性甚至不及一般的马氏体组织钢 提升容器技术研究方面也逐渐趋于成熟，随着国外 或合金耐磨铸铁.高络铸铁即所谓第二代耐磨材 金属矿井深度不断增加，提升容器正在朝着大型化、 料，特点是在基体上镶嵌着维氏硬度高达HV 轻量化的方向发展.大吨位提升容器轻量化设计 1300~1800的M7C3碳化物，制成的易损件在许多 时，材料的选择是至关重要的.由于受到深部地层 工况条件下表现出很小的失重和很高的使用寿 高应力、高水压、高地温、强干扰等影响，各部件的腐 命回，但由于其含有大量铬等稀缺元素，制造工艺 蚀程度将会增大：其次，金属矿石密度、硬度、颗粒比 要求严格，再加上其本身固有的脆性等因素限制了 较大，在装卸载时，对箱体、衬板、闸门等部件有冲击 这种材料的推广使用.近年来，具有可焊接性和可 作用，会造成严重磨损和变形，使用高强度的耐磨材 加工性的低合金高强度耐磨钢逐渐成为研究和应用 料是实现轻量化设计的一种有效途径 的热点四，该类耐磨钢成本较低且工艺简单，被广 目前，国内提升容器的斗箱、框架、立柱等零部 泛应用于工作条件恶劣的工程、采矿、建筑、农业、水 件大多采用Q345,加强筋大多采用Q235:母板内侧 泥生产、港口、电力、及冶金等机械产品上，如推土 的衬板，大多采用耐磨系列钢材（如NM360、 机、装载机、挖掘机、自卸车及各种矿山化械、抓斗、 NM450),在实际工作中，底板和装载冲击面上的衬 堆取料机、输料弯曲结构等B.国外的低合金高强 板，磨损和变形相对较为严重，更换频率高，一般 度耐磨钢牌号较齐全，例如瑞典奥克隆德的HAR- 1~2个月更换一次.对于增强衬板耐磨损、抗腐蚀、DOX系列、德国迪林根的V系列、德国蒂森克虎伯 抗变形的方法，常用的有两种，一种方法是增加衬板 的XAR系列、日本JFE的EVENHARD系列以及日 厚度，但该方法会增大提升容器自重，另一种方法是 本住友金属的SUMIHARDFF系列等钢种都具有优 采用高强度材料，可以在改善性能的同时，减轻提升 良的耐磨性能，在各类磨损工况下得到了广泛地应 容器自重.本文选取NM400,NM500为研究对象， 用.国内对于低合金高强度耐磨钢的研制起步虽然 研究其磨损性能及机理，期望为深井提升容器的轻 较晚，但随着国内钢铁企业中厚板技术装备水平的 量化设计提供一定的理论依据. 提高，使得低合金高强度耐磨钢的开发和应用己越 磨损是提升容器衬板失效的主要原因之一，频 来越成熟，耐磨钢生产逐步系列化、标准化.按照其 繁停车更换衬板的现象严重影响矿山的开采进度， HB硬度级别，出现了NM300、NM360、NM400、 不仅会带来巨大的经济损失，在某些特殊情况下还 NM450、NM500甚至NM550和NM600等一系列牌 会造成非常严重的事故.磨损失效分析是提高箕斗 号m.不过，硬度在HB400以上的耐磨钢还存在大 衬板使用寿命的前提.耐磨钢材料的研发及其摩擦 量进口的情况. 磨损性能的研究和应用，一直是钢铁材料的热点之 目前的低合金高强度耐磨钢，主要是通过添加 一.耐磨钢是具有较高耐磨性的钢铁材料的总称， 微量的合金元素，提高基体过冷奥氏体转变时的稳 目前被广泛应用的耐磨钢铁材料主要有三大类：高 定性，增加淬透性，同时这些元素还能起到细晶强 锰钢、耐磨铸铁和低合金耐磨钢.高锰钢经水淬处 化、固溶强化和析出强化的综合作用.通过“淬火+ 理后显微组织为单相奥氏体或奥氏体加少量的碳化 低温回火”的热处理工艺或“热轧直接淬火+回火” 物，具有良好的塑性和韧性匹配，在较大的冲击载荷 工艺获得马氏体组织，具备良好的强韧性匹配.例 或接触应力作用下，其表面可迅速产生加工硬化，发 如，NM400耐磨钢是低合金高强耐磨钢最常用的材 挥出很好的耐磨作用习，然而在难以产生加工硬 料之一，其中的微量合金元素如Cr、Nb、Ti等元素能工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 oxide layer． The main wear pattern at this time is still abrasive wear，although the wear rate and friction coefficient are affected by ox￾ides． The main factors influencing the wear behavior are the hardness，oxide volume fraction，and oxidation activation energy of the wear-resistant steel，as found through the analysis of high-temperature frictional wear behavior and micro-oxidation model． In conclu￾sion，the wear mechanisms of NM400 and NM500 steels from room temperature to 300 ℃ are influenced by the combined effect of abra￾sive wear，extrusion deformation wear，and trace oxide wear． NM500 steel exhibites better wear resistance than NM400 steel，and this can be mainly attributed to higher level of its hardness． A small amount of additional alloying elements in the high-strength micro￾alloyed martensitic wear-resistant steel can reduce the wear rate to some extent，due to the formation of a certain amount of stable atta￾ched oxides that are produced during the high-temperature friction process． KEY WOＲDS abrasive wear; high-temperature wear; oxide wear; feeder; liner 在深井提升技术与装备方面，国外发展较早，在 提升容器技术研究方面也逐渐趋于成熟，随着国外 金属矿井深度不断增加，提升容器正在朝着大型化、 轻量化的方向发展． 大吨位提升容器轻量化设计 时，材料的选择是至关重要的． 由于受到深部地层 高应力、高水压、高地温、强干扰等影响，各部件的腐 蚀程度将会增大; 其次，金属矿石密度、硬度、颗粒比 较大，在装卸载时，对箱体、衬板、闸门等部件有冲击 作用，会造成严重磨损和变形，使用高强度的耐磨材 料是实现轻量化设计的一种有效途径． 目前，国内提升容器的斗箱、框架、立柱等零部 件大多采用 Q345，加强筋大多采用 Q235; 母板内侧 的衬 板，大多采用耐磨系列钢材 ( 如 NM360、 NM450) ，在实际工作中，底板和装载冲击面上的衬 板，磨损和变形相对较为严重，更换频率高，一般 1 ～ 2个月更换一次． 对于增强衬板耐磨损、抗腐蚀、 抗变形的方法，常用的有两种，一种方法是增加衬板 厚度，但该方法会增大提升容器自重，另一种方法是 采用高强度材料，可以在改善性能的同时，减轻提升 容器自重． 本文选取 NM400，NM500 为研究对象， 研究其磨损性能及机理，期望为深井提升容器的轻 量化设计提供一定的理论依据． 磨损是提升容器衬板失效的主要原因之一，频 繁停车更换衬板的现象严重影响矿山的开采进度， 不仅会带来巨大的经济损失，在某些特殊情况下还 会造成非常严重的事故． 磨损失效分析是提高箕斗 衬板使用寿命的前提． 耐磨钢材料的研发及其摩擦 磨损性能的研究和应用，一直是钢铁材料的热点之 一． 耐磨钢是具有较高耐磨性的钢铁材料的总称， 目前被广泛应用的耐磨钢铁材料主要有三大类: 高 锰钢、耐磨铸铁和低合金耐磨钢． 高锰钢经水淬处 理后显微组织为单相奥氏体或奥氏体加少量的碳化 物，具有良好的塑性和韧性匹配，在较大的冲击载荷 或接触应力作用下，其表面可迅速产生加工硬化，发 挥出很好的耐磨作用［1--2］，然而在难以产生加工硬 化的场合，其耐磨性甚至不及一般的马氏体组织钢 或合金耐磨铸铁． 高络铸铁即所谓第二代耐磨材 料，特点是在基体上镶嵌着维氏硬度高达 HV 1300 ～ 1800 的 M7C3 碳化物，制成的易损件在许多 工况条件下表现出很小的失重和很高的使用寿 命［3］，但由于其含有大量铬等稀缺元素，制造工艺 要求严格，再加上其本身固有的脆性等因素限制了 这种材料的推广使用． 近年来，具有可焊接性和可 加工性的低合金高强度耐磨钢逐渐成为研究和应用 的热点［4］，该类耐磨钢成本较低且工艺简单，被广 泛应用于工作条件恶劣的工程、采矿、建筑、农业、水 泥生产、港口、电力、及冶金等机械产品上，如推土 机、装载机、挖掘机、自卸车及各种矿山化械、抓斗、 堆取料机、输料弯曲结构等［5--6］． 国外的低合金高强 度耐磨钢牌号较齐全，例如瑞典奥克隆德的 HAＲ- DOX 系列、德国迪林根的 V 系列、德国蒂森克虎伯 的 XAＲ 系列、日本 JFE 的 EVENHAＲD 系列以及日 本住友金属的 SUMIHAＲDFF 系列等钢种都具有优 良的耐磨性能，在各类磨损工况下得到了广泛地应 用． 国内对于低合金高强度耐磨钢的研制起步虽然 较晚，但随着国内钢铁企业中厚板技术装备水平的 提高，使得低合金高强度耐磨钢的开发和应用己越 来越成熟，耐磨钢生产逐步系列化、标准化． 按照其 HB 硬 度 级 别，出 现 了 NM300、NM360、NM400、 NM450、NM500 甚至 NM550 和 NM600 等一系列牌 号［7］． 不过，硬度在 HB 400 以上的耐磨钢还存在大 量进口的情况． 目前的低合金高强度耐磨钢，主要是通过添加 微量的合金元素，提高基体过冷奥氏体转变时的稳 定性，增加淬透性，同时这些元素还能起到细晶强 化、固溶强化和析出强化的综合作用． 通过“淬火 + 低温回火”的热处理工艺或“热轧直接淬火 + 回火” 工艺获得马氏体组织，具备良好的强韧性匹配． 例 如，NM400 耐磨钢是低合金高强耐磨钢最常用的材 料之一，其中的微量合金元素如 Cr、Nb、Ti 等元素能 · 897 ·