常用球磨机衬板有奥锰钢衬板和中碳合金钢衬板等,奥锰钢衬板韧性好,但初始硬度不足;而中碳合金钢硬度高,但韧性差。本文针对现有奥锰钢材料性能的不足,通过化学成分设计和微合金化,选用合适的孕育剂和变质剂进行双变质处理,获得了同工况条件下耐磨性能比传统耐磨钢提高达50%-100%以上的高性能耐磨奥锰钢;通过分析孕育、变质处理奥锰钢组织形态、成分分布和综合性能特点,探讨了孕育剂、变质剂在奥锰钢中的作用机制,为进一步改善奥锰钢孕育变质效果、提高奥锰钢耐磨性能提供了理论基础和生产控制方法。根据碳、锰在奥锰钢中的作用机理,使用工况条件,以及Mn和C之间的经验关系,确定中锰钢的Mn含量在5.5-7.5%,C含量在1.0-1.4%;高锰钢的Mn含量11.0-14.0%,C含量在0.90-1.20%。其余元素Si、Cr、P含量分别在0.3-0.6%、1.5-2.5%、≤0.04%,杂质元素S≤0.04%。另外,还采用了B、Nb、N等进行微合金化,以细化晶粒。采用稀土RE-Ca-Ti-Al复合变质剂、V_渣—Ti—Zn复合孕育剂和对奥锰钢进行微合金化处理,显著改变了碳化物的数量、大小和形态分布;明显提高了在奥氏体基体上分布的均匀性;减少和改善了非金属的数量和分布状态;细化了奥氏体晶粒,显著的减少了由于碳化物的溶解所留下的显微裂纹。这些特征的改变均明显的提高了奥锰钢工件的综合力学性能及其耐磨性能,并且由于韧性的提高,适度提高碳含量,使工件的磨后硬度显著提高。分级复合孕育变质处理不仅能提高钢液的冶炼处理质量,也能提高抗孕育衰退能力,对厚截面的大型铸件,实施微合金化处理可解决由铸造过程和热处理过程中产生的粗晶现象和促进其表层与心部组织的一致性。根据上述合金成分设计及双变质处理,所得奥锰钢力学性能和耐磨性能均有较大的提高,尤其是中锰钢材料,σ_b由变质前的793MPa提高到916MPa,α_k由46J/cm~2提高到76J/cm~2,磨后硬度由693Hv提高到768Hv,相对耐磨系数β由1.78提高到2.63;这主要的原因是中锰钢除具有高锰钢和超高锰钢所具有的碳的固溶强化和碳化物的弥散强化外还易产生大量的应力诱变马氏体,从而使其加工硬化速率提高,加工硬化效果更为显著。