耐磨內襯鋼板在裝卸料斗上的應用

施洪慧 孫凱澤

（領新（南通）重工有限公司，江蘇 南通 226017）

0 前言

在現代的5 種運輸方式，即鐵路、公路、航空、管道和水路運輸中，使用船舶水路運輸因其載重量大，運輸成本低的優點，自有它的特點和不可替代性。碼頭裝卸作為船運鏈上的重要環節，其工作效率和吞吐量直接影響了該運輸環節的流暢，而裝卸砂石、谷物等則會大量使用到裝卸料斗，這些料斗的功能、使用壽命和維修頻率等諸多因素對碼頭裝卸產能的大小起決定性作用。傳統裝卸料斗口一般使用Q345 等普通低合金鋼材，價格相對較低，但是極易磨損。 盡管磨損很少像腐蝕和疲勞破壞引起工件災難性危害，但其造成的經濟損失非常大，許多機械裝備因材料磨損而失效，從而導致停工影響生產。

對于磨損料斗的常規維修操作是將磨損嚴重的地方進行火焰切割和焊接修補，效率低成本高，高空焊接修補作業還有較多的安全隱患。該文詳細描述了針對提高裝卸料斗的使用壽命、利用耐磨鋼板替代普通材料做內襯[1]、對料斗口進行可拆卸設計的系列改進措施[2]。

1 裝卸料斗口鋼板磨損嚴重更換頻繁且難度系數大

砂石、谷物等散裝貨物從船舶運輸至碼頭后，用吊機抓斗從船上吊運到料斗中，再經過料斗投料口裝至料斗下方的運輸車。在運行過程中，由于砂石等貨物與料斗口鋼板之間產生摩擦，時間不長料斗口的鋼板就被磨損嚴重導致無法正常使用，需要被更換掉。尤其是裝卸砂石，更換的頻率更高。

裝卸料斗下方停有運輸車輛，因此料斗口離地面有一定高度。更換磨損的料斗口鋼板需要人員進行高空作業，先采取火焰切割的方式將破損鋼板割除，為防止割下的鋼板高空墜落，還需要預先在鋼板上焊接臨時吊耳，然后用吊機吊住進行輔助配合。接著需要對切割口邊緣進行光滑打磨，再根據割除后的大小形狀準備新的替換鋼板，一般面積較大。然后再用吊機吊至修補替換位置進行裝配焊接。因高空裝配焊接難度系數大，需要多人同時共同配合才可以進行此修補工作，極大地增加了維修成本，維修工人的勞動強度也很大。加上裝卸料斗一般都是設置在碼頭露天環境，室外岸邊工況惡劣，導致焊接質量差，直接影響了料斗的使用壽命。

2 耐磨鋼板與普通鋼板的性能分析及料斗口易損部位替代材料的選擇

綜上所述，裝卸料斗使用工況惡劣，這就對使用的材料提出了較高要求，不僅需要一定的強度、抗沖擊、耐腐蝕等性能，尤其對于易磨損部位，還需要有較強的耐磨損能力，而傳統的普通鋼板已經不能滿足這些要求。如何選擇合適的材料用于料斗的易損部位成了關鍵，在多項性能指標中耐磨性能是最需要保證的。

隨著現代工業的快速發展，耐磨材料因其耐磨性高被越來越廣泛地應用到了船舶、礦山等機械設備中，其中耐磨鋼板既具有類似于普通鋼板的機械和工藝性能，又具有較高的耐磨性[1]。

一般來說，硬度越高，鋼材的耐磨性也越高，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標之一。鋼材的硬度與其化學成分、基體組織、合金元素、晶粒大小及冷熱加工狀態等相關[3]，而所謂的耐磨鋼板就是在普通碳鋼的基礎上，加入2%～3%的合金提高其淬硬性，通過調質處理獲得馬氏體或貝氏體組織，從而獲得較高的硬度以抵抗磨損。1）化學成分方面。含碳量是鋼能夠提高硬度的物質基礎，含碳量越高，能達到的硬度也越高。2）基體組織方面。馬氏體是鋼的各類組織中硬度最高的組織，其次是貝氏體、珠光體、奧氏體、鐵素體。而且馬氏體中過飽和固溶的碳越高，則硬度也越高。3）合金元素方面。碳化物形成元素越多，形成的碳化物也越多，硬度也就高。4）晶粒方面。組織越細，硬度越高。5）冷熱加工狀態。有加工硬化、容彌散強化、沉淀硬化等均能夠提高硬度。

從表1 可以看出在含碳量接近的Q345B 和XAR400 中，硬度與Si、Cr 的含量成正比；XAR400 和XAR600 的Si 含量不變，隨著C 和Cr 的含量增加，材料硬度顯著上升。但合金的增加同樣會提高鋼材的成本，耐磨鋼板的價格比普通鋼板要昂貴許多，我國在耐磨鋼的開發方面起步較晚，目前我國還在大量進口此材料。從保證其耐磨又經濟的角度出發，考慮選用XAR400 型耐磨鋼板替換Q345B 材料，用于料斗易損部位，而料斗的其他結構仍采用類似Q345B 這樣的普通低合金材料。

3 耐磨鋼板與料斗其他結構的連接方式設計

在選擇好用耐磨鋼板XAR400 替代Q345B 使用于料斗易損部位之后，就需要開始考慮料斗上耐磨鋼板與普通碳鋼間的連接方式。

表1 Q345B 鋼板和德國蒂森XAR400、XAR600 耐磨鋼板化學成分（%）對比表

一種方法是仍然采用傳統的焊接模式，在料斗上易磨損部位使用耐磨鋼板，再與其他部位的普通鋼板進行焊接。由于XAR400 耐磨鋼因其含碳量高，Cr、Si 等合金元素也高，與Q345B 碳當量相差很大，2 種材料焊接接頭很容易出現裂紋等缺陷[4]。另外，盡管耐磨板抗耐磨性能較普通鋼板高許多，使用耐磨板可以提高料斗的使用時間，降低了磨損，但耐磨板使用時間久了還是會有磨損，然后仍需要重復之前的挖補修復工作，室外碼頭環境更不利于耐磨鋼板的焊接修補。

為了既能滿足料斗易損部位的抗磨損需求，又要保證以后的修補更換方便，需要突破傳統模式。我們可以考慮采用將耐磨鋼板作為料斗口的內襯，在普通鋼板上覆蓋耐磨板，并以螺栓連接的方式代替焊接的方式[2]，如圖1 所示。

圖1 對耐磨鋼板與普通基礎底板間的連接螺栓采用了沉頭設計，低于耐磨板，這樣可以減少螺栓頭的磨損。為了方便后期的修理，再將耐磨內襯板設計成各自分離的小塊，可單獨與基礎底板以螺栓進行連接，如圖1 所示的方格區域。此種設計方式可快速對料斗口磨損嚴重的區域進行耐磨內襯板的更換，輔助人力物力也較少，提高了工作效率，降低了勞動強度，也極大地降低了維修成本。

圖1 耐磨鋼板內襯料斗結構示意圖

4 結論

以耐磨鋼板代替普通鋼板用于裝卸料斗可降低磨損，提高使用壽命。由于耐磨鋼板價格昂貴，在料斗易磨損區域局部使用，其他部位仍用普通材料，經濟實惠，性價比高。受含碳量高及一些合金元素的影響，耐磨鋼板的焊接性能差，尤其是與普通鋼板之間的異種鋼焊接易產生裂紋等焊接缺陷，在碼頭戶外工況惡劣下不適宜采用焊接方式連接。采取以普通鋼板作料斗基礎底板，再配以耐磨鋼板作內襯，以螺栓連接的方式可以避免焊接缺陷，又能提高料斗的抗磨損要求。螺栓采用沉頭方式，可有效減少磨損，提高使用壽命。內襯耐磨鋼板以分離式小面積形式將螺栓與基礎底板連接，可以降低安裝維修難度，減少勞動強度，降低維修成本。