报告网网讯,磨损在金属材料失效形式中占据重要地位,每年因磨损造成的金属材料浪费和经济损失不容小觑。据相关数据统计,我国每年因磨损或与磨损有关而浪费的金属材料达几百万吨,造成的损失约占国民生产总值(GDP)的1%-4%。耐磨钢作为能有效缓解设备磨损、提高设备使用周期的关键材料,在众多领域发挥着重要作用。在2025年,耐磨钢行业正处于快速发展与变革的关键时期,其市场需求和技术发展呈现出诸多新趋势。
《2025-2030年全球与中国高碳耐磨钢板行业市场现状调研分析及发展前景报告》指出,耐磨钢按锰钢、碳含量、合金元素含量和组织类型等可进行多种分类。当前,低合金耐磨钢因能兼顾硬度与低温冲击性能,且成本较低,在市场上需求及应用较多。马氏体耐磨钢中的板条马氏体综合力学性能良好,国内钢铁企业生产的高级别耐磨钢大多属于此类,其生产常采用轧制及离线热处理的方式。
一、耐磨钢的应用行业广泛,需求差异显著
随着我国经济的持续增长,工业化进程不断推进,耐磨钢的市场需求也在稳步上升。按照耐磨板用量,其应用行业可分为多个梯队。
煤矿机械、工程机械、水泥机械、火电设备四大行业是耐磨钢的第一梯队客户群体。煤矿机械行业对耐磨钢的需求量巨大,国内煤炭机械行业每年高强度耐磨钢需求量约占耐磨钢总需求量的30%,主要用于刮板输送机制造,应用钢板厚度在8-60mm,板宽多在1600-200mm之间,其中板宽2000mm以上的约占20%。工程机械行业的装载机、推土机、挖掘机等设备的多个部位都需使用耐磨钢,如侧刃板、斗底板等,不同部位对耐磨钢的硬度和厚度要求各异,厚度在3-60mm不等,宽度多在2000-2200mm之间,自卸卡车车斗钢板也会采用耐磨钢。水泥机械行业主要将耐磨钢应用于沥青搅拌站、混凝土搅拌罐车,厚度规格为3-20mm;火电设备行业则用于刮板捞渣机、滚筒冷渣机等部位。
矿山机械、环保设备、冶金机械三大行业构成第二梯队。矿山机械中的球磨机、破碎机等对耐磨要求较高,常采用高锰合金铸钢或进口耐磨钢,厚度规格在16-50mm;铲运机、井下运矿机等也会用到不同规格的耐磨钢。环保设备中的垃圾压缩车车厢、压滤机衬板、废钢破碎生产线等均需使用耐磨钢,材质多选用布氏硬度400/450/500HBW的国产或进口耐磨板。冶金机械主要应用于烧结机、高炉炉顶旋转料槽等部位。
农用机械,特别是耕作机械属于第三梯队。目前,耕作机械的耐磨部件多采用65Mn、60Si2Mn热处理后的材料作为耐磨钢替代品,但因其易碎易崩裂,越来越多制造商采用硼钢,如30MnB和35MnB等材质做调质处理。山东德州农业机械制造商较多,其代表设备如铧式犁、圆盘犁等都用到相关材料。
二、国内外耐磨钢发展水平各异,国内有待提升
(一)国外耐磨钢发展成熟,产品丰富多样
国外对耐磨钢的研究起步早,发展出了不同系列的产品,并制定了统一的性能标准。世界最大的耐磨钢生产企业SSAB公司生产的HARDOX系列,涵盖了从低到高不同耐磨等级的产品,在各等级下都具备独特优势,如低耐磨等级下有超高韧性,高耐磨等级下硬度与韧性兼具,其HARDOXEXTREME产品名义硬度达到洛氏硬度60HRC、布氏硬度650-700HBW。德国蒂森克虏伯公司的XAR系列,除传统硬度级别外,还开发出适用于不同环境的产品,钢板布氏硬度涵盖300-600HBW,产品使用寿命约为普通产品的5倍。日本JFE公司的EVERHARD系列,根据客户用途分为多个系列,各系列在硬度、韧性等性能方面各有侧重,像高韧性系列的500LE级钢板在-40℃时冲击功可达62J。此外,还有新日铁公司的ABREX系列、安赛乐米塔尔美国公司的HEADWEAR系列等,这些国外知名企业均能生产厚度为6-100mm、硬度在300-600HBW范围内的各种耐磨钢产品。
(二)国内耐磨钢发展迅速,但仍存差距
国内耐磨钢发展起步晚,与国外一流厂家存在差距,但近年来逐渐成熟并标准化,2009年制定了工程机械用高强度耐磨钢板国家标准,根据名义硬度划分了NM360-NM600共七个耐磨等级。不过,国家标准的耐磨钢板性能较国外要求低,如对NM500级及以上产品的部分性能指标不做要求,NM450级及以下产品性能要求也较低,这反映出国内耐磨钢产品强度质量普遍有待提高。
国内宝钢、舞钢、南钢、鞍钢等厂家具备生产高强度耐磨钢的能力。宝钢的B-HARD系列产品多样,能满足不同用户需求;舞钢的WNM系列可在高磨损、高冲击环境使用;鞍钢的AM系列硬度等级在360-500HBW之间;南钢采用TMCP+回火方式生产低等级耐磨钢,具有节能优势。然而,国内多数钢厂生产NM450强度级别以下产品较为稳定,能生产高级别耐磨钢NM500-NM600的钢企较少,且国内耐磨产品存在硬度不均、低温冲击性能差等问题,高级别或重点部位的耐磨钢仍需进口,主要采购瑞典SSAB公司的HARDOX系列和日本JFE公司的EVERHARD系列。目前国内耐磨钢总产量约30万吨,主要产品集中在NM360-NM450。
三、我国耐磨钢研究取得进展,工艺持续优化
(一)夹杂物控制水平研究
通过对国内两家钢厂与日本钢厂耐磨钢炼钢产生的夹杂物对比分析发现,国内A钢厂炼钢洁净度略低于日本钢厂。虽然国内A钢厂耐磨钢经钙处理后夹杂物尺寸与日本相当,但数量密度较大。日本钢厂耐磨钢夹杂物类型主要有CaO、CaO-Al₂O₃等,国内A钢厂经钙处理后夹杂物中CaS和CaO含量增加,未经过Ca处理的国内B钢厂耐磨钢中发现MnS析出,轧制后呈长条状。此外,日本钢厂耐磨钢基体平均硬度为447HV,组织硬度分布均匀,而国内钢厂耐磨钢基体硬度均匀性波动较大。
(二)高强韧性NM600控轧控冷关键工艺
为获得细小的原始奥氏体晶粒,研究人员对NM600进行工艺研究。第1轧程控制轧制单道次压下率在15%-25%,使坯料表层和心部同时充分动态再结晶;第2轧程终轧温度控制在850-890℃,轧后空冷驰豫开始温度设定为852-872℃,空冷弛豫终止温度设定为772-792℃,并在线控制冷却至640-660℃。通过这些控轧控冷关键工艺细化晶粒尺寸,再结合控速淬火+低温回火的热处理方式,柔性控制板条马氏体尺寸,使NM600不仅保证高硬度,还具备良好的强韧性及高延伸性能。
(三)淬火工艺对NM600组织和性能的影响
研究表明,随着淬火温度提高,NM600试验钢的硬度、强韧性等力学性能指标逐渐变好,在880-900℃时力学性能最佳。当淬火温度大于880℃时,显微组织均为板条状马氏体,且随着淬火温度升高,原始奥氏体晶粒尺寸和马氏体板条尺寸都会变大。
(四)回火温度对NM600组织和性能的影响
耐磨钢行业趋势分析指出,NM600热轧淬火态试验钢回火后,随着回火温度升高,内部显微组织由板条贝氏体和少量马氏体逐渐转变为粒状贝氏体和弥散的碳化物,贝氏体和马氏体板条溶解,位错密度降低。当回火温度高于200℃时,碳化物产生的强化作用不再明显,各项力学性能下降。最终得出,NM600在200℃回火时可获得良好的强韧性匹配。
耐磨钢在众多行业有着广泛应用,对减少设备磨损、降低经济损失意义重大。国外耐磨钢行业发展成熟,产品丰富且性能优良;国内耐磨钢行业虽起步晚,但发展迅速,在标准制定、生产能力提升等方面取得了一定成果,部分高级别耐磨钢性能可替代国外产品,且农机行业未来对耐磨钢的需求潜力巨大。然而,目前国内耐磨钢产品在质量上与国外仍存在差距,尤其在低温冲击、折弯等力学性能方面。未来,国内钢厂及科研机构需进一步深入研究纯净钢冶炼技术,结合控轧控冷、热处理等新技术,优化产品性能,打造国际知名品牌,以满足国内市场对高质量耐磨钢的需求,并提升在国际市场的竞争力。