前言
磨损是材料破坏的主要形式之一。尽管磨损不像腐蚀和疲劳破坏很少引起金属工件灾难性的危害,但其造成的经济损失相当惊人。在冶金矿山、农机、煤炭等行业使用的大量装备,大部分因材料磨损而失效。据统计,在工业发达国家,机械装备及零件的磨损所造成的经济损失占国民经济总产值的4%左右,其中磨料磨损占金属磨损总量的50%。我国每年因磨料磨损所消耗的钢材达百万吨以上,仅煤矿用刮板输送机中部槽每年就消耗6～8万t钢板。因此,加强高强度耐磨钢板的开发应用,对国民经济的发展有着重要的意义。
近几十年来,高强度耐磨钢的开发与应用发展很快。这类钢是在低合金高强度可焊接钢的基础上发展起来的,耐磨性能好,使用寿命可达传统结构钢板的数倍;生产工艺较简单,一般采用轧后直接淬火加回火, 或通过控轧、控冷工艺进行强化。高强度耐磨钢板适用于多种工况条件,日本、德国、瑞典等国的一些钢铁公司都生产高强度耐磨钢。我国在高强度耐磨钢的开发方面起步较晚,在近10年陆续引进工程机械制造技术后, 才打破了传统16M n钢的低级别状态, 开始向经济型和高性能方向发展。
1 高强度耐磨钢特点及应用领域
高强度耐磨钢合金元素含量较少,一般为1% ～3%。通常所含的化学元素有Si、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Ti、B、Cu、Re等。
国内钢厂生产高强度耐磨钢所加的合金元素多为我国资源丰富的元素,如Cr、Si、Mn、B、RE等。该类钢具有高硬度、高耐磨性、良好的塑韧性以及较优良的焊接性等特点,强度一般大于1 000MPa,是目前碳钢板材供货状态下强度最高的产品之一。
高强度耐磨钢广泛应用于矿山机械、煤炭采运、工程机械及水泥设备等方面,可以满足大型工程机械在恶劣环境下工作需要高耐磨、长寿命、可简单冷成型的使用要求。例如,用于制造推土机、装载机的铲刀、铲斗、煤矿开采用电铲、自动装卸矿用车及刮板运输机槽底衬板等。此外,凡是机械中有相对运动的工件间均会产生各种类型的磨损,都会要求提高工件材料耐磨性或使用耐磨钢。
2 国外高强度耐磨钢生产现状
目前,国外高强度耐磨钢牌号比较齐全,力学性能等基本上可以满足各种使用要求。国外该类钢的生产和应用已趋于稳定。发达国家的一些钢铁公司已经有了自己的系列产品和标准,其成品板在保证高硬度、高耐磨性的同时,冷弯性能十分优越。如德国迪林根DILLIDUR 系列、日本JFE的ERHARD系列等。这些厂家从20世纪50～60年代开始生产高强度耐磨钢,能够稳定供应厚度6～100 mm、HB 300～600各级别耐磨钢产品,并为大多数使用环境提出适当的解决方案,并在高磨损环境中得到了成功的应用 。在这些高强度耐磨钢产品中,日本JFE生产的EH系列耐磨钢板板形最好,是目前用户加工使用过程中唯一不需要进行校正的产品,不平度≤4 mm /m。
3 国内高强度耐磨钢板生产现状及市场需求
3. 1 生产现状
一直以来,我国基础零件的耐磨性普遍明显低于国外先进产品的水平。近几年我国耐磨钢板领域的技术发展取得了长足进步,武钢、鞍钢、宝钢、舞阳、太钢等中厚板厂均能够稳定供应HB 400强度级别以下的耐磨钢板,部分厂家可生产HB 500以下强度级别的耐磨钢板。目前,HB 400以上强度级别耐磨钢板仍主要依赖进口。我国耐磨钢产品强度级别、性能与国外产品相比还有不小差距。
国内高强度耐磨钢成分设计总体采用低碳、Mn、Si及Cr - Mo - V - B 组合方式,大多以淬火或淬火+回火状态交货。钢板经淬火后获得板条马氏体和少量分布在板条间的残余奥氏体。部分产品以热轧、控轧状态交货,获得贝氏体铁素体(BF)加残余奥氏体(AR)的复相组织。
目前,国内主要钢厂生产的高强度耐磨钢产品质量基本上处于同一水平。
国内高强度耐磨钢板的生产技术发展时间并不长,与开发历时近半个世纪的国外厂家相比,热处理工艺还不成熟,整体成分设计合金含量较高,通过合金元素强化基体的同时,必然造成了部分塑、韧性的损失。国外先进厂家则通过成熟的生产及热处理技术手段,获得均匀细小的组织,达到良好的强度和塑韧性。
3. 2 市场需求
据市场调查统计, 国内煤炭机械行业用HB 360～450级别高强度耐磨钢板约40000 t/ a,产品厚度范围主要为10～50 mm。HB 500级别及以上耐磨板国内市场需求小,仅少量应用于外资企业,如美国的久益公司(生产刮板运输机) 、卡特彼勒(生产大型动输车)等,且主要为进口板。随着国内近年来该类行业加大安全生产投入,耐磨钢板用量呈上升态势。
煤炭机械制造用高强度耐磨钢板一般用于大型煤矿综采设备中的中重型(功率≥2 ×220 kW)刮板输送机的制造,中小煤矿的轻型刮板输送机一般不用耐磨板而用Q345B 中板。国内煤炭机械用高强度耐磨板主要使用厂家为宁夏西北奔牛实业有限公司、张家口煤矿机械有限公司、山西煤矿机械制造有限公司,这三家厂的用量占煤机耐磨板需求量的70%以上。厚度≤20 mm的耐磨板用量不到10%。由于中重型刮板输送机槽宽为650 ～1 200 mm, 所以耐磨板宽度以1 600 mm、1 800 mm为主,要求宽度在2 000 mm以上的约占20%～30%。
在国内工程机械行业中,高强度耐磨钢板应用较少,主要用于装载机铲斗主刀板材料。龙工机械厂、厦门工程机械厂等均以生产ZL50 型装载机为主,占全国总量的40%。主刀板下料尺寸(单位:mm)约为(30～32) ×(250～300) ×(2 800～3 000) ,要求耐磨钢板双定尺交货。全国装载机年产量大约为10万台,耐磨板用量约2万t。
3. 3 发展方向
目前,国内高强度耐磨钢板的开发和应用已取得了可喜发展。一些钢铁企业已研制出相当数量的耐磨钢板品种,并逐步系列化。但我国尚未形成通用化、系列化的高强度耐磨钢标准,强度体系还很不完善。国内高强度耐磨钢产品与国外先进水平存在着一定的差距,要走的路还很长。今后高强度耐磨钢的发展方向仍是在系列化和经济性两个方面。
(1)系列化 一方面通过改进生产工艺、调整成分,进一步提高现有钢种的性能,扩大其应用范围;另一方面开发更高强度级别耐磨钢,建立从低碳到高碳、适用于不同工况条件的低合金耐磨钢系列,最终形成一个较为完整的通用化、系列化的标准体系。但就目前国内高强度耐磨板的生产技术及市场现状而言,要加快HB 500 级别以上高强度耐磨板的开发进程,还有待于国内使用材料及零件强度的整体提升。
(2)经济性 从资源能源、节约成本、技术等角度出发,发展低合金高强度耐磨钢是必然趋势。只有在保证耐磨钢的力学性能和使用性能的同时,兼顾其经济性,才能被用户批量使用。
4 结语
高强度耐磨钢具有广阔的应用前景。随着国内多家钢铁企业中厚板技术装备改造的相继完成,加大了高品质、高附加值高强度耐磨钢产品改进和开发力度,国产钢板实物质量与国外产品差距正在逐渐缩小,但市场竞争将会更加激烈。
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