QS-650清篩機用耐磨板材料研究

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清篩機用耐磨板的實際工況、磨損機制進行分析，確定采用“低含碳量+高硅、錳含量+鉬”的國產NM360A耐磨板替代進口的VFS和HARDOX耐磨板，熱處理態使用，并對國產NM360A耐磨板與進口VFS和HARDOX耐磨板的力學性能和耐磨性進行了對比試驗研究。試驗結果表明：國產NM360A鋼焊接工藝性能及彎曲加工性能均優于進口VFS和HARDOX的相應指標；熱處理態NM360A耐磨板比進口VFS和HARDOX耐磨板的抗磨損性能提高30％左右。

關鍵詞清篩機；耐磨板；國產化替代

QS-650（SRM80）全斷面道砟清篩機是引進消化奧地利Plasser公司先進技術設計生產的大型養路機械，現已生產近130臺，國產化率約70％。挖掘裝置是該機的主要作業裝置，使用了大量的耐磨件，如耐磨板、彎角導槽等。目前這些耐磨件主要依賴進口，因此研制國產耐磨板以替代進口耐磨板，從而降低成本，統一耐磨件的規格、牌號，方便材料采購、配件儲備。WZB-NM360A（以下簡稱NM360A）［1］是我國生產的低碳合金耐磨板，具有較好的耐磨性［2］，且焊接性能優異［3］，是礦山、建材等很多領域廣泛應用的耐磨板［4］。本文對國產低碳合金耐磨鋼板與進口耐磨鋼板的力學性能和耐磨性進行對比試驗研究，為國產耐磨板替代進口耐磨板提供技術依據。

1　試驗方法

1. 1板材耐磨件材料選擇

QS-650（SRM80）全斷面道砟清篩機挖掘裝置易損耐磨件需要多種厚度規格的耐磨板材，用量最大的厚度規格有15，12，10 mm，分別用于挖掘導槽框的底部及兩側，引導挖掘輸送鏈及石碴通過，作為導向耐磨件使用，使用工況為“低應力劃傷式磨料磨損”。

按原設計，QS-650（SRM80）全斷面道砟清篩機挖掘裝置的耐磨板材的牌號是VFS和HARDOX。VFS是德國Meyenfeld工廠生產的低碳合金耐磨鋼板材，HARDOX是瑞典SSAB公司生產的特殊低碳合金耐磨鋼板，二者厚度都為15 mm，狀態為供貨態。擬采用的國產低碳合金耐磨鋼板牌號為舞陽鋼鐵公司生產的NM360，厚度也為15 mm。為了獲得最佳的使用效果，國產材料采用了供貨和熱處理2種狀態。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）進行。硬度試驗按照《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》（GB /T 229—1994）進行，測試溫度為- 20℃。金相組織分析在德國徠卡LEITZ MM6金相顯微鏡上進行。

2）耐磨性試驗

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

試驗條件為滾動-滑動復合摩擦，摩擦介質為干石英沙，摩擦力矩為15 N·m，摩擦壓力為150 N，上試樣轉速為180 r/min，下試樣轉速為200 r/min，連續摩擦時間為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　試驗結果及分析

2. 1化學成分

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

表1　材料化學成分　％

2. 2金相組織

進口VFS，HARDOX的金相組織為板條馬氏體+殘余奧氏體（見圖1、圖2），供貨態的國產NM360A板材的金相組織為粒狀貝氏體+殘余奧氏體，見圖3。經淬火+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供貨態金相組織

圖4　NM360A熱處理態金相組織

2. 3力學性能

力學性能試驗結果見表2—表4。

表2　拉伸試驗結果

表3　V形缺口沖擊試驗結果

表4　硬度檢測試驗結果

供貨態的國產NM360A耐磨板的屈服強度、抗拉強度、硬度HRC、耐磨性低于進口VFS、HARDOX耐磨板，沖擊韌性值高于VFS及HARDOX耐磨板。

熱處理態的NM360A耐磨板的力學性能、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口VFS及HARDOX耐磨板；耐磨料磨損性能優于進口VFS及HARDOX耐磨板。嚴格控制熱處理工藝，使變形經過校正后不影響使用。

2. 4試驗結果分析

由表1可看出，國產NM360A材料的C含量低于進口VFS及HARDOX材料，Si，Mn含量明顯高于2種進口材料，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。

根據力學性能和耐磨性試驗結果，NM360A的屈服強度、抗拉強度、硬度HRC低于進口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，經過淬火+中溫回火后NM360A耐磨板的強度和硬度都進一步提高，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進行使用。Mn，Mo和Cr還可以提高馬氏體組織在回火時的穩定性。同時，NM360A的C含量（0. 2％）較進口板低，高的Si含量也能提高鋼材的韌性，Mo的加入能夠細化鋼組織，提高其強韌綜合性能。因此，NM360A具有比進口板材高的沖擊韌性。正是因為高的強韌綜合性能，NM360A在熱處理后，獲得優于進口鋼材的耐磨性（見表5）。

表5　實驗室磨損試驗結果

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

3　裝機現場試驗及效果

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）公司QS-650（SRM80）全斷面道砟清篩機的上升導槽上進行了考核試驗（見圖5、圖6）。

1-供貨態NM360A；2-熱處理態NM360A；3-HARDOX；4-VFS；5-挖掘鏈圖5　試驗耐磨板在上升導槽上的位置

1-耐磨板；2-挖掘導槽框本體圖6　導槽截面

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

4　結論

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

2）供貨態的國產NM360A耐磨板的屈服強度、抗拉強度、硬度HRC、耐磨性低于進口VFS和HARDOX耐磨板，沖擊韌性值高于VFS及HARDOX耐磨板。供貨態NM360A的金相組織為粒狀貝氏體+殘余奧氏體；進口VFS、HARDOX耐磨板及熱處理態的國產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口VFS及HARDOX耐磨板；耐磨性優于進口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于進口VFS及HARDOX耐磨板的70％。

綜上所述，性價比高的國產耐磨板能夠替代昂貴的進口耐磨板。

參考文獻

［1］王祖濱，東濤.低合金高強度鋼［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］.武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2006，30（3）：395-397.

［3］黃衛鋒. NM360高強度耐磨鋼焊接性研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業大學，2005.

［4］張鳳華，沈園，蘇翔濤.瀝青路面養護車輸料螺旋的改進［J］.機械工程師，2014（7）：234-235.

（責任審編葛全紅）

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，“low 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

文獻標識碼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。