前言
磨損是材料破壞的主要形式之一。盡管磨損不像腐蝕和疲勞破壞很少引起金屬工件災(zāi)難性的危害,但其造成的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)驚人。在冶金礦山、農(nóng)機(jī)、煤炭等行業(yè)使用的大量裝備,大部分因材料磨損而失效。據(jù)統(tǒng)計(jì),在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,機(jī)械裝備及零件的磨損所造成的經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4%左右,其中磨料磨損占金屬磨損總量的50%。我國(guó)每年因磨料磨損所消耗的鋼材達(dá)百萬噸以上,僅煤礦用刮板輸送機(jī)中部槽每年就消耗6～8萬t鋼板。因此,加強(qiáng)高強(qiáng)度耐磨鋼板的開發(fā)應(yīng)用,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義。
近幾十年來,高強(qiáng)度耐磨鋼的開發(fā)與應(yīng)用發(fā)展很快。這類鋼是在低合金高強(qiáng)度可焊接鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,耐磨性能好,使用壽命可達(dá)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼板的數(shù)倍;生產(chǎn)工藝較簡(jiǎn)單,一般采用軋后直接淬火加回火, 或通過控軋、控冷工藝進(jìn)行強(qiáng)化。高強(qiáng)度耐磨鋼板適用于多種工況條件,日本、德國(guó)、瑞典等國(guó)的一些鋼鐵公司都生產(chǎn)高強(qiáng)度耐磨鋼。我國(guó)在高強(qiáng)度耐磨鋼的開發(fā)方面起步較晚,在近10年陸續(xù)引進(jìn)工程機(jī)械制造技術(shù)后, 才打破了傳統(tǒng)16M n鋼的低級(jí)別狀態(tài), 開始向經(jīng)濟(jì)型和高性能方向發(fā)展。
1 高強(qiáng)度耐磨鋼特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域
高強(qiáng)度耐磨鋼合金元素含量較少,一般為1% ～3%。通常所含的化學(xué)元素有Si、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Ti、B、Cu、Re等。
國(guó)內(nèi)鋼廠生產(chǎn)高強(qiáng)度耐磨鋼所加的合金元素多為我國(guó)資源豐富的元素,如Cr、Si、Mn、B、RE等。該類鋼具有高硬度、高耐磨性、良好的塑韌性以及較優(yōu)良的焊接性等特點(diǎn),強(qiáng)度一般大于1 000MPa,是目前碳鋼板材供貨狀態(tài)下強(qiáng)度最高的產(chǎn)品之一。
高強(qiáng)度耐磨鋼廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械、煤炭采運(yùn)、工程機(jī)械及水泥設(shè)備等方面,可以滿足大型工程機(jī)械在惡劣環(huán)境下工作需要高耐磨、長(zhǎng)壽命、可簡(jiǎn)單冷成型的使用要求。例如,用于制造推土機(jī)、裝載機(jī)的鏟刀、鏟斗、煤礦開采用電鏟、自動(dòng)裝卸礦用車及刮板運(yùn)輸機(jī)槽底襯板等。此外,凡是機(jī)械中有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的工件間均會(huì)產(chǎn)生各種類型的磨損,都會(huì)要求提高工件材料耐磨性或使用耐磨鋼。
2 國(guó)外高強(qiáng)度耐磨鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀
目前,國(guó)外高強(qiáng)度耐磨鋼牌號(hào)比較齊全,力學(xué)性能等基本上可以滿足各種使用要求。國(guó)外該類鋼的生產(chǎn)和應(yīng)用已趨于穩(wěn)定。發(fā)達(dá)國(guó)家的一些鋼鐵公司已經(jīng)有了自己的系列產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn),其成品板在保證高硬度、高耐磨性的同時(shí),冷彎性能十分優(yōu)越。如德國(guó)迪林根DILLIDUR 系列、日本JFE的ERHARD系列等。這些廠家從20世紀(jì)50～60年代開始生產(chǎn)高強(qiáng)度耐磨鋼,能夠穩(wěn)定供應(yīng)厚度6～100 mm、HB 300～600各級(jí)別耐磨鋼產(chǎn)品,并為大多數(shù)使用環(huán)境提出適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案,并在高磨損環(huán)境中得到了成功的應(yīng)用 。在這些高強(qiáng)度耐磨鋼產(chǎn)品中,日本JFE生產(chǎn)的EH系列耐磨鋼板板形最好,是目前用戶加工使用過程中唯一不需要進(jìn)行校正的產(chǎn)品,不平度≤4 mm /m。
3 國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度耐磨鋼板生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)需求
3. 1 生產(chǎn)現(xiàn)狀
一直以來,我國(guó)基礎(chǔ)零件的耐磨性普遍明顯低于國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的水平。近幾年我國(guó)耐磨鋼板領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,武鋼、鞍鋼、寶鋼、舞陽(yáng)、太鋼等中厚板廠均能夠穩(wěn)定供應(yīng)HB 400強(qiáng)度級(jí)別以下的耐磨鋼板,部分廠家可生產(chǎn)HB 500以下強(qiáng)度級(jí)別的耐磨鋼板。目前,HB 400以上強(qiáng)度級(jí)別耐磨鋼板仍主要依賴進(jìn)口。我國(guó)耐磨鋼產(chǎn)品強(qiáng)度級(jí)別、性能與國(guó)外產(chǎn)品相比還有不小差距。
國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度耐磨鋼成分設(shè)計(jì)總體采用低碳、Mn、Si及Cr - Mo - V - B 組合方式,大多以淬火或淬火+回火狀態(tài)交貨。鋼板經(jīng)淬火后獲得板條馬氏體和少量分布在板條間的殘余奧氏體。部分產(chǎn)品以熱軋、控軋狀態(tài)交貨,獲得貝氏體鐵素體(BF)加殘余奧氏體(AR)的復(fù)相組織。
目前,國(guó)內(nèi)主要鋼廠生產(chǎn)的高強(qiáng)度耐磨鋼產(chǎn)品質(zhì)量基本上處于同一水平。
國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度耐磨鋼板的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展時(shí)間并不長(zhǎng),與開發(fā)歷時(shí)近半個(gè)世紀(jì)的國(guó)外廠家相比,熱處理工藝還不成熟,整體成分設(shè)計(jì)合金含量較高,通過合金元素強(qiáng)化基體的同時(shí),必然造成了部分塑、韌性的損失。國(guó)外先進(jìn)廠家則通過成熟的生產(chǎn)及熱處理技術(shù)手段,獲得均勻細(xì)小的組織,達(dá)到良好的強(qiáng)度和塑韌性。
3. 2 市場(chǎng)需求
據(jù)市場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì), 國(guó)內(nèi)煤炭機(jī)械行業(yè)用HB 360～450級(jí)別高強(qiáng)度耐磨鋼板約40000 t/ a,產(chǎn)品厚度范圍主要為10～50 mm。HB 500級(jí)別及以上耐磨板國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求小,僅少量應(yīng)用于外資企業(yè),如美國(guó)的久益公司(生產(chǎn)刮板運(yùn)輸機(jī)) 、卡特彼勒(生產(chǎn)大型動(dòng)輸車)等,且主要為進(jìn)口板。隨著國(guó)內(nèi)近年來該類行業(yè)加大安全生產(chǎn)投入,耐磨鋼板用量呈上升態(tài)勢(shì)。
煤炭機(jī)械制造用高強(qiáng)度耐磨鋼板一般用于大型煤礦綜采設(shè)備中的中重型(功率≥2 ×220 kW)刮板輸送機(jī)的制造,中小煤礦的輕型刮板輸送機(jī)一般不用耐磨板而用Q345B 中板。國(guó)內(nèi)煤炭機(jī)械用高強(qiáng)度耐磨板主要使用廠家為寧夏西北奔牛實(shí)業(yè)有限公司、張家口煤礦機(jī)械有限公司、山西煤礦機(jī)械制造有限公司,這三家廠的用量占煤機(jī)耐磨板需求量的70%以上。厚度≤20 mm的耐磨板用量不到10%。由于中重型刮板輸送機(jī)槽寬為650 ～1 200 mm, 所以耐磨板寬度以1 600 mm、1 800 mm為主,要求寬度在2 000 mm以上的約占20%～30%。
在國(guó)內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)中,高強(qiáng)度耐磨鋼板應(yīng)用較少,主要用于裝載機(jī)鏟斗主刀板材料。龍工機(jī)械廠、廈門工程機(jī)械廠等均以生產(chǎn)ZL50 型裝載機(jī)為主,占全國(guó)總量的40%。主刀板下料尺寸(單位:mm)約為(30～32) ×(250～300) ×(2 800～3 000) ,要求耐磨鋼板雙定尺交貨。全國(guó)裝載機(jī)年產(chǎn)量大約為10萬臺(tái),耐磨板用量約2萬t。
3. 3 發(fā)展方向
目前,國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度耐磨鋼板的開發(fā)和應(yīng)用已取得了可喜發(fā)展。一些鋼鐵企業(yè)已研制出相當(dāng)數(shù)量的耐磨鋼板品種,并逐步系列化。但我國(guó)尚未形成通用化、系列化的高強(qiáng)度耐磨鋼標(biāo)準(zhǔn),強(qiáng)度體系還很不完善。國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度耐磨鋼產(chǎn)品與國(guó)外先進(jìn)水平存在著一定的差距,要走的路還很長(zhǎng)。今后高強(qiáng)度耐磨鋼的發(fā)展方向仍是在系列化和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面。
(1)系列化 一方面通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝、調(diào)整成分,進(jìn)一步提高現(xiàn)有鋼種的性能,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍;另一方面開發(fā)更高強(qiáng)度級(jí)別耐磨鋼,建立從低碳到高碳、適用于不同工況條件的低合金耐磨鋼系列,最終形成一個(gè)較為完整的通用化、系列化的標(biāo)準(zhǔn)體系。但就目前國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度耐磨板的生產(chǎn)技術(shù)及市場(chǎng)現(xiàn)狀而言,要加快HB 500 級(jí)別以上高強(qiáng)度耐磨板的開發(fā)進(jìn)程,還有待于國(guó)內(nèi)使用材料及零件強(qiáng)度的整體提升。
(2)經(jīng)濟(jì)性 從資源能源、節(jié)約成本、技術(shù)等角度出發(fā),發(fā)展低合金高強(qiáng)度耐磨鋼是必然趨勢(shì)。只有在保證耐磨鋼的力學(xué)性能和使用性能的同時(shí),兼顧其經(jīng)濟(jì)性,才能被用戶批量使用。
4 結(jié)語
高強(qiáng)度耐磨鋼具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著國(guó)內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)中厚板技術(shù)裝備改造的相繼完成,加大了高品質(zhì)、高附加值高強(qiáng)度耐磨鋼產(chǎn)品改進(jìn)和開發(fā)力度,國(guó)產(chǎn)鋼板實(shí)物質(zhì)量與國(guó)外產(chǎn)品差距正在逐漸縮小,但市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)更加激烈。
產(chǎn)品相關(guān)：