在我國(guó)礦山、冶金、電力等行業(yè)的設(shè)備中，廣泛應(yīng)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(guò)程中的加工硬化效應(yīng)，耐磨特性只有在高沖擊負(fù)荷的工作條件下才能表現(xiàn)出來(lái)。在實(shí)際應(yīng)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(shí)甚至低于普通碳鋼。低合金耐磨鋼板生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，耐磨性沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。奧-貝球鐵韌性低，不適應(yīng)于有較大沖擊的磨損領(lǐng)域，同時(shí)石墨球在沖擊磨損條件下不但不能起到自潤(rùn)滑作用，而且會(huì)成為影響其使用壽命的裂紋擴(kuò)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(yīng)于沖擊磨損的缺點(diǎn)。
近年來(lái)，以硅為主要合金元素，利用硅在等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程中強(qiáng)烈抑制碳化物析出的特點(diǎn)進(jìn)行等溫淬火，得到由無(wú)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(xué)性能。但是，高硅耐磨鑄鋼的內(nèi)在質(zhì)量與鋼液的純凈度有很大關(guān)系，鋼水中的非金屬夾雜物會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品性能的惡化及內(nèi)在品質(zhì)的下降，從而導(dǎo)致氣孔的形成及鑄件致密度的降低。另外，高硅鑄鋼的化學(xué)成分，特別是wSi和wc對(duì)高硅鑄鋼斷裂韌性和疲勞性能影響較大，不利于高硅強(qiáng)韌鑄鋼的開(kāi)發(fā)。鑒于此，本文進(jìn)一步優(yōu)化了高硅鑄鋼的成分，采用先進(jìn)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(dòng)大等不足，獲得了新型高硅耐磨鑄鋼。
高硅鑄鋼成分的設(shè)計(jì)原則是在滿足等溫淬火條件下獲得具有奧氏體-貝氏體復(fù)相組織的耐磨鑄鋼；在滿足高強(qiáng)度、高硬度、高韌性和高耐磨性等性能要求的條件下，立足國(guó)內(nèi)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(guò)高，將使鋼的組織顯著粗化，降低鋼的強(qiáng)韌性，而且鋼的硬度明顯下降；硅含量過(guò)低，組織中會(huì)出現(xiàn)馬氏體，易于形成裂紋，對(duì)鋼的韌性帶來(lái)有害作用，增加了材料的脆性，甚至造成嚴(yán)重的剝落失效。當(dāng)硅含量約為2.64%時(shí)，可得到完全由貝氏體鐵素體和富碳?xì)堄鄪W氏體組成的無(wú)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(nèi)，碳含量越高，淬透性越好，淬火后硬度也越高。但碳含量過(guò)高也會(huì)嚴(yán)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(shí)驗(yàn)中高硅鑄鋼的化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?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(shè)計(jì)的高硅鑄鋼的化學(xué)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(fù)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(nèi)在質(zhì)量與鋼液的純凈度有很大的關(guān)系，鋼水中的非金屬夾雜物會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品性能的惡化、內(nèi)在品質(zhì)的下降，同時(shí)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(shí)，可獲得較佳的綜合力學(xué)性能。通過(guò)對(duì)高錳鋼、低合金鋼、高硅鑄鋼制造的挖掘機(jī)斗齒耐磨性進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，高硅鑄鋼斗齒材料具有最好的耐磨性。