磨棒作为棒磨机中的研磨介质,被广泛地应用于金属和非金属矿石的加工生产过程中。目前,国内生产的大多数磨棒均存在耐磨性差,磨耗高,加棒、取棒频繁等问题,这些问题将使磨矿的成本提高,棒磨机的工作效率降低。对此,通过磨棒合金成分的合理化设计,以及采用合理的微观组织控制工艺,研制出新型高性能磨棒,对于提高棒磨机作业率及降低生产成本具有重要的意义。本文从Fe-Cr-C体系的热力学出发,利用相平衡计算的基本原理,对Fe-Cr-C体系中奥氏体和M₇C₃的两相平衡进行了热力学计算,确定了钢中M₇C₃型碳化物数量、奥氏体成分与钢的成分和奥氏体化温度之间的关系。在此基础上,进行了磨棒用钢的成分设计和热处理工艺的制定。通过对不同Cr、Mn含量的磨棒试验钢的锻造及不同热处理后的组织与性能的研究,分析总结了高性能磨棒用钢中硬质碳化物的数量和形态的控制规律,并通过耐磨性试验对试验钢的耐磨性进行了测定。结果表明,增加磨棒试验钢的锻造比,试验钢中粗大的奥氏体晶粒经锻造后可以得到很好的细化。当锻造比由1.2增加到4.8时,奥氏体晶粒的微观晶粒度级别提高了4级以上,并且试验钢的硬度分布及冲击韧性均得到了显著提高。本文以锻后100mm直径空冷处理后的试验钢棒为研究对象,制定了一种组织优化的控制工艺。经该工艺处理后,2#和3#试验钢基体中可以获得的大量弥散分布的M₇C₃,并且在空冷条件下可获得细小且均匀的马氏体基体组织,符合磨棒使用组织和性能的要求。利用XRD对2#和3#试验钢中的相组成进行了鉴定,确定试验钢基体中主要为马氏体组织和M₇C₃型碳化物。三种试验钢中,1#试验钢因Cr、Mn含量较低,淬透性较差,直径100 mm的试验钢棒在空冷后得到的非马氏体组织较多,未获得符合磨棒要求的组织性能;3#试验钢由于Cr含量太高,用于制备磨棒,生产成本较高。因此综合考虑,三种试验钢中2#试验钢为最适宜的磨棒用钢。经测定,在相同的磨损条件下,2#试验钢的耐磨性要显著大于目前市场中其他材料的磨棒的耐磨性。