QS-650清篩機(jī)用耐磨板材料研究

毛志華

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，云南昆明　650215）

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QS-650清篩機(jī)用耐磨板材料研究

毛志華

（中國鐵建高新裝備股份有限公司，云南昆明650215）

摘要對QS-650清篩機(jī)用耐磨板的實際工況、磨損機(jī)制進(jìn)行分析，確定采用“低含碳量+高硅、錳含量+鉬”的國產(chǎn)NM360A耐磨板替代進(jìn)口的VFS和HARDOX耐磨板，熱處理態(tài)使用，并對國產(chǎn)NM360A耐磨板與進(jìn)口VFS和HARDOX耐磨板的力學(xué)性能和耐磨性進(jìn)行了對比試驗研究。試驗結(jié)果表明：國產(chǎn)NM360A鋼焊接工藝性能及彎曲加工性能均優(yōu)于進(jìn)口VFS和HARDOX的相應(yīng)指標(biāo)；熱處理態(tài)NM360A耐磨板比進(jìn)口VFS和HARDOX耐磨板的抗磨損性能提高30％左右。

關(guān)鍵詞清篩機(jī)；耐磨板；國產(chǎn)化替代

QS-650（SRM80）全斷面道砟清篩機(jī)是引進(jìn)消化奧地利Plasser公司先進(jìn)技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)的大型養(yǎng)路機(jī)械，現(xiàn)已生產(chǎn)近130臺，國產(chǎn)化率約70％。挖掘裝置是該機(jī)的主要作業(yè)裝置，使用了大量的耐磨件，如耐磨板、彎角導(dǎo)槽等。目前這些耐磨件主要依賴進(jìn)口，因此研制國產(chǎn)耐磨板以替代進(jìn)口耐磨板，從而降低成本，統(tǒng)一耐磨件的規(guī)格、牌號，方便材料采購、配件儲備。WZB-NM360A（以下簡稱NM360A）［1］是我國生產(chǎn)的低碳合金耐磨板，具有較好的耐磨性［2］，且焊接性能優(yōu)異［3］，是礦山、建材等很多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的耐磨板［4］。本文對國產(chǎn)低碳合金耐磨鋼板與進(jìn)口耐磨鋼板的力學(xué)性能和耐磨性進(jìn)行對比試驗研究，為國產(chǎn)耐磨板替代進(jìn)口耐磨板提供技術(shù)依據(jù)。

1　試驗方法

1. 1板材耐磨件材料選擇

QS-650（SRM80）全斷面道砟清篩機(jī)挖掘裝置易損耐磨件需要多種厚度規(guī)格的耐磨板材，用量最大的厚度規(guī)格有15，12，10 mm，分別用于挖掘?qū)Р劭虻牡撞考皟蓚?cè)，引導(dǎo)挖掘輸送鏈及石碴通過，作為導(dǎo)向耐磨件使用，使用工況為“低應(yīng)力劃傷式磨料磨損”。

按原設(shè)計，QS-650（SRM80）全斷面道砟清篩機(jī)挖掘裝置的耐磨板材的牌號是VFS和HARDOX。VFS是德國Meyenfeld工廠生產(chǎn)的低碳合金耐磨鋼板材，HARDOX是瑞典SSAB公司生產(chǎn)的特殊低碳合金耐磨鋼板，二者厚度都為15 mm，狀態(tài)為供貨態(tài)。擬采用的國產(chǎn)低碳合金耐磨鋼板牌號為舞陽鋼鐵公司生產(chǎn)的NM360，厚度也為15 mm。為了獲得最佳的使用效果，國產(chǎn)材料采用了供貨和熱處理2種狀態(tài)。其中，熱處理條件為920℃，1. 5 h，水淬400℃，回火2 h。

1. 2材料成分分析和耐磨性試驗

1）材料成分分析

拉伸試驗按照《金屬材料室溫拉伸試驗方法》（GB /T 228—2002）進(jìn)行。硬度試驗按照《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》（GB /T 229—1994）進(jìn)行，測試溫度為- 20℃。金相組織分析在德國徠卡LEITZ MM6金相顯微鏡上進(jìn)行。

2）耐磨性試驗

磨損試驗采用MM-200型試驗機(jī)，按照《金屬磨損試驗方法MM型磨損試驗》（GB /T 12444. 1—1990）進(jìn)行。將不同材質(zhì)分別作為摩擦副的上下試樣配對進(jìn)行磨損試驗。每次試驗值都采用3組試樣磨損結(jié)果的平均值。

試驗條件為滾動-滑動復(fù)合摩擦，摩擦介質(zhì)為干石英沙，摩擦力矩為15 N·m，摩擦壓力為150 N，上試樣轉(zhuǎn)速為180 r/min，下試樣轉(zhuǎn)速為200 r/min，連續(xù)摩擦?xí)r間為9 h，室溫（20±3）℃。磨損失重在精度為1× 10- 4g的電子天平上測定。

2　試驗結(jié)果及分析

2. 1化學(xué)成分

試驗材料化學(xué)成分見表1。國產(chǎn)NM360A耐磨板的化學(xué)成份中Si，Mn含量明顯高于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板，且含有0. 48％的Mo。而進(jìn)口VFS 及HARDOX耐磨板C含量稍高于國產(chǎn)NM360A耐磨板，但無Mo元素，其他元素含量接近。

表1　材料化學(xué)成分　％

2. 2金相組織

進(jìn)口VFS，HARDOX的金相組織為板條馬氏體+殘余奧氏體（見圖1、圖2），供貨態(tài)的國產(chǎn)NM360A板材的金相組織為粒狀貝氏體+殘余奧氏體，見圖3。經(jīng)淬火+中溫回火熱處理后，NM360A板材的金相組織為板條馬氏體+殘余奧氏體，見圖4。

圖1　VFS金相組織

圖2　HARDOX金相組織

圖3　NM360A供貨態(tài)金相組織

圖4　NM360A熱處理態(tài)金相組織

2. 3力學(xué)性能

力學(xué)性能試驗結(jié)果見表2—表4。

表2　拉伸試驗結(jié)果

表3　V形缺口沖擊試驗結(jié)果

表4　硬度檢測試驗結(jié)果

供貨態(tài)的國產(chǎn)NM360A耐磨板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、硬度HRC、耐磨性低于進(jìn)口VFS、HARDOX耐磨板，沖擊韌性值高于VFS及HARDOX耐磨板。

熱處理態(tài)的NM360A耐磨板的力學(xué)性能、金相組織基本等同于VFS及HARDOX耐磨板；沖擊韌性平均值高于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板；耐磨料磨損性能優(yōu)于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板。嚴(yán)格控制熱處理工藝，使變形經(jīng)過校正后不影響使用。

2. 4試驗結(jié)果分析

由表1可看出，國產(chǎn)NM360A材料的C含量低于進(jìn)口VFS及HARDOX材料，Si，Mn含量明顯高于2種進(jìn)口材料，而且還含有0. 5％左右的Mo。NM360A是一種貝氏體鋼，通過降低C含量（通常貝氏體鋼的C含量在中碳范圍）和加入較多的Si，Mn和Mo來獲得貝氏體，同時提高其焊接工藝性能。

根據(jù)力學(xué)性能和耐磨性試驗結(jié)果，NM360A的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、硬度HRC低于進(jìn)口VFS、HARDOX耐磨板，盡管沖擊韌性值高于VFS及HARDOX耐磨板，但是最終耐磨性還是低于進(jìn)口耐磨板。這可能是因為在滑動為主的磨損工況下，決定耐磨性的主要性能是硬度，而不是沖擊韌性。因此，高硬度的馬氏體組織耐磨性比硬度稍低的貝氏體組織更耐磨。

由表2和表4可知，經(jīng)過淬火+中溫回火后NM360A耐磨板的強(qiáng)度和硬度都進(jìn)一步提高，與VFS 及HARDOX耐磨板相近，而且沖擊韌性平均值仍然略高于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板。這可以從NM360A的成分和組織中得到解釋。NM360A的成分中有較高（1. 84％）的Mn和0. 5％的Mo、0. 63％的Cr。這些元素都有很強(qiáng)的提高鋼淬透性的作用，所以NM360A耐磨板具有很好的淬透性和淬硬性，能夠進(jìn)行低溫淬火處理，從而獲得高硬度的馬氏體組織（參見圖4），不一定非要保持貝氏體組織供貨態(tài)進(jìn)行使用。Mn，Mo和Cr還可以提高馬氏體組織在回火時的穩(wěn)定性。同時，NM360A的C含量（0. 2％）較進(jìn)口板低，高的Si含量也能提高鋼材的韌性，Mo的加入能夠細(xì)化鋼組織，提高其強(qiáng)韌綜合性能。因此，NM360A具有比進(jìn)口板材高的沖擊韌性。正是因為高的強(qiáng)韌綜合性能，NM360A在熱處理后，獲得優(yōu)于進(jìn)口鋼材的耐磨性（見表5）。

表5　實驗室磨損試驗結(jié)果

綜上所述，NM360A材料經(jīng)淬火得到馬氏體組織后，由于其Si，Mn含量高于進(jìn)口VFS及HARDOX材料，而且還含有一定成分的Mo，使得NM360A耐磨板的力學(xué)性能和金相組織基本等同于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板；而其沖擊韌性和耐磨性均優(yōu)于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板。

3　裝機(jī)現(xiàn)場試驗及效果

為掌握NM360A耐磨板在實際使用工況條件下的真實磨損情況，將上述不同耐磨板安裝于廣州鐵路（集團(tuán)）公司QS-650（SRM80）全斷面道砟清篩機(jī)的上升導(dǎo)槽上進(jìn)行了考核試驗（見圖5、圖6）。

1-供貨態(tài)NM360A；2-熱處理態(tài)NM360A；3-HARDOX；4-VFS；5-挖掘鏈圖5　試驗?zāi)湍グ逶谏仙龑?dǎo)槽上的位置

1-耐磨板；2-挖掘?qū)Р劭虮倔w圖6　導(dǎo)槽截面

現(xiàn)場試驗表明：供貨態(tài)的國產(chǎn)NM360A耐磨板與進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板磨損程度大體相當(dāng)；熱處理態(tài)的國產(chǎn)NM360A耐磨板的磨損程度約相當(dāng)于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板的70％。因而，NM360A耐磨板完全可以替代進(jìn)口的VFS及HARDOX耐磨板，從而降低生產(chǎn)成本，提高耐磨板的使用效益。

4　結(jié)論

1）國產(chǎn)NM360A耐磨板的化學(xué)成份中Si，Mn含量大于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板，且含有0. 40％ ～0. 48％的Mo，而進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板不含Mo，進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板含C量稍高于國產(chǎn)NM360A耐磨板，其它元素含量等同。

2）供貨態(tài)的國產(chǎn)NM360A耐磨板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、硬度HRC、耐磨性低于進(jìn)口VFS和HARDOX耐磨板，沖擊韌性值高于VFS及HARDOX耐磨板。供貨態(tài)NM360A的金相組織為粒狀貝氏體+殘余奧氏體；進(jìn)口VFS、HARDOX耐磨板及熱處理態(tài)的國產(chǎn)NM360A耐磨板的金相組織為板條馬氏體+殘余奧氏體。

3）淬火+中溫回火的NM360A耐磨板的力學(xué)性能、金相組織基本等同于VFS及HARDOX耐磨板；沖擊韌性平均值高于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板；耐磨性優(yōu)于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板。

4）淬火+中溫回火的NM360A耐磨板的磨損程度約相當(dāng)于進(jìn)口VFS及HARDOX耐磨板的70％。

綜上所述，性價比高的國產(chǎn)耐磨板能夠替代昂貴的進(jìn)口耐磨板。

參考文獻(xiàn)

［1］王祖濱，東濤.低合金高強(qiáng)度鋼［M］.北京：原子能出版社，1996.

［2］鐘駿杰，朱漢華，肖常模，等.耐磨鋼NM360的耐磨性能試驗研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2006，30（3）：395-397.

［3］黃衛(wèi)鋒. NM360高強(qiáng)度耐磨鋼焊接性研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2005.

［4］張鳳華，沈園，蘇翔濤.瀝青路面養(yǎng)護(hù)車輸料螺旋的改進(jìn)［J］.機(jī)械工程師，2014（7）：234-235.

（責(zé)任審編葛全紅）

Study on Wear-resistant Plate Material Used in QS-650 Ballast Cleaning Coach

MAO Zhihua
（CRCC High-Tech Equipment Co.，Ltd.，Kunming Yunnan 650215，China）

AbstractBased on the analysis of actual conditions and the wear mechanism of wear-resistant plate，“l(fā)ow carbon content + high silicon，manganese content + molybdenum”NM360A wear-resistant plates replace imported VFS and HARDOX wear-resistant plates，and use in heat treatment state. In comparison，the welding and bending properties of domestic NM360A steel are superior to VFS and HARDOX. T he wear resistance of heat treated NM360A wearresistant plates is 30％higher than the imported VFS and HARDOX wear-resistant plates.

Key wordsBallast cleaning coach；W ear-resistant plates；Localization substitute

中圖分類號U214. 8+2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 35

文章編號：1003-1995（2016）05-0154-04

收稿日期：2015-10-26；修回日期：2015-12-20

作者簡介：毛志華（1963—），男，高級工程師。