在我国矿山、冶金、电力等行业的设备中，广泛应用的耐磨材料是高锰钢和少量的低合金耐磨钢板、奥－贝球铁以及高铬铸铁。由于奥氏体高锰钢的初始硬度很低，其耐磨性完全依赖于使用过程中的加工硬化效应，耐磨特性只有在高冲击负荷的工作条件下才能表现出来。在实际应用条件下，奥氏体高锰钢不能或不能完全加工硬化，其耐磨特性不能得到充分发挥，有时甚至低于普通碳钢。低合金耐磨钢板生产工艺复杂、成本高，耐磨性没有明显优势。奥-贝球铁韧性低，不适应于有较大冲击的磨损领域，同时石墨球在冲击磨损条件下不但不能起到自润滑作用，而且会成为影响其使用寿命的裂纹扩展源，耐磨性能受到了很大影响。高铬铸铁也存在韧性低，不适应于冲击磨损的缺点。

近年来，以硅为主要合金元素，利用硅在等温转变过程中强烈抑制碳化物析出的特点进行等温淬火，得到由无碳化物贝氏体和被碳、硅稳定化了的奥氏体组成的奥-贝双相组织，这种组织具有优异的力学性能。但是，高硅耐磨铸钢的内在质量与钢液的纯净度有很大关系，钢水中的非金属夹杂物会导致产品性能的恶化及内在品质的下降，从而导致气孔的形成及铸件致密度的降低。另外，高硅铸钢的化学成分，特别是wSi和wc对高硅铸钢断裂韧性和疲劳性能影响较大，不利于高硅强韧铸钢的开发。鉴于此，本文进一步优化了高硅铸钢的成分，采用先进的热处理工艺，消除了高硅铸钢生产中存在的等温淬火温度稳定性差、产品性能波动大等不足，获得了新型高硅耐磨铸钢。

高硅铸钢成分的设计原则是在满足等温淬火条件下获得具有奥氏体-贝氏体复相组织的耐磨铸钢；在满足高强度、高硬度、高韧性和高耐磨性等性能要求的条件下，立足国内资源，力求降低成本。硅是高硅铸钢中的主要合金元素，硅含量过高，将使钢的组织显著粗化，降低钢的强韧性，而且钢的硬度明显下降；硅含量过低，组织中会出现马氏体，易于形成裂纹，对钢的韧性带来有害作用，增加了材料的脆性，甚至造成严重的剥落失效。当硅含量约为2.64%时，可得到完全由贝氏体铁素体和富碳残余奥氏体组成的无碳化物奥-贝组织。碳是决定钢硬度的主要元素，在一定的范围内，碳含量越高，淬透性越好，淬火后硬度也越高。但碳含量过高也会严重降低钢的韧性，为了保证高的硬度和良好的冲击韧性，一般选择碳含量为0.3%～1.2%。综合考虑，实验中高硅铸钢的化学成分为（质量分数，%）：2.5Si，0.75C，1.0Mn，0.8Mo，0.2V，0.2Ti，＜0.04P，＜0.04S，0.3RE，其余为Fe。

优化设计的高硅铸钢的化学成分满足了在等温淬火条件下获得具有奥氏体与贝氏体的复相组织，提高了高硅铸钢断裂韧性和疲劳性能。高硅耐磨铸钢的内在质量与钢液的纯净度有很大的关系，钢水中的非金属夹杂物会导致产品性能的恶化、内在品质的下降，同时非金属夹杂物有助于气孔的形成及降低铸件的致密度。奥氏体化工艺为900℃×120min、等温淬火工艺为320℃×120min时，可获得较佳的综合力学性能。通过对高锰钢、低合金钢、高硅铸钢制造的挖掘机斗齿耐磨性进行对比试验，高硅铸钢斗齿材料具有最好的耐磨性。