浅谈大型养路机械材料国产化中的若干问题

（北京二七轨道交通装备有限责任公司技术中心，北京 1 00072）

近年来，随着我国国民经济的加速发展，铁路运输日益繁忙，列车密度逐渐加大。在这种情况下，铁道部加大力度引进高效大型养路机械，利用封锁“天窗”对繁忙线路进行维修，取得了突破性进展，使繁忙干线的维修工作走出了困境，保证了主要干线的安全畅通，从而也开创了我国铁路养路机械现代化的新篇章。大型养路机械价格昂贵，长期以来受到欧美先进技术的垄断与制约，我国铁路长期依靠进口是不现实的，我国铁路的发展需要中国制造的现代化养路机械。在铁道部有关部门的指导下，我国大型养路机械制造体系通过引进国外先进技术，实现了全部线路大、中维修主型机械的国产化。

当前，我国铁路正处于跨越式发展阶段，不断引进国外先进技术，继续深化养路机械的国产化势在必行。在引进消化再吸收的初期和中期，由于材料标准体系的不同，材料的国产化替代工作是必不可少，也是极其重要的一个环节。材料的国产化替代，不仅仅涉及制造上的问题，同时也涉及到整个产品的生产成本，还与产品品质密切相关。笔者从北京二七轨道交通装备责任有限公司引进美国Loram公司SBC边坡清筛机的国产化经验入手，就大型养路机械材料国产化过程中可能遇到的若干问题进行归纳和分析。

1 材料国产化的分类

由于大型养路机械属于复杂的机电液一体化装备，其中所使用的零部件材料种类繁多，因此，有必要对其进行分类处理，依据不同的类别采取不同的国产化措施。

按照系统分类，可以大致分为钢结构部分、液压气动部分、电气部分、各种工作装置上所使用的材料以及一些其他的功能性材料。

（1）钢结构部分主要包含的材料有各种规格型号的钢板、型钢以及铸锻件等；液压和气动部分包含油缸（风缸）、管路、管接头、管卡、支架及其他附件等。

（2）电气部分包含各种电器元件，线缆、控制台、电气柜中所使用的钢管和型钢等。

（3）工作装置部分主要包含一些钢结构，机电液气零部件，特殊材质的工作零部件及标准紧固件等。

（4）其他的功能性材料包括一些特殊的隔音材料，防火材料等等。

本文主要讨论的是钢结构部分以及工作装置部分所涉及到的钢板、型钢、铸锻件及特殊材质的零件在材料替代的处理上可能出现的问题。

2 中美材料标准体系的比较

由于中美钢铁材料标准体系的理念不一样，目前对中美钢铁材料的对照还没有出现深入、综合、成熟的研究结果。由于美国标准体系众多，而且每种标准体系内部分类严谨，规范齐全，要得出全面深入的研究结果，需要大量的人力和时间，在大型养路机械国产化的初期，借鉴相关经验，查询及研究相关涉及到的中美标准就成了必不可少的重要环节。以下就不同的标准体系分别来介绍和比较。

2.1 中国标准体系

大型养路机械涉及到的中国钢材标准体系主要包括国标和铁标。其中国产化过程中可能涉及到的部分常见材料标准，如表1所示。

表1 国内部分常见材料标准

我国的钢材牌号表示方法的具体细节不在此赘述。其中，在GB/T 700、GB/T 1591和GB/T 699中分别指明了碳素结构钢，低合金高强度结构钢以及优质碳素结构钢的牌号所对应的钢的化学成分和机械性能等。在其他标准中，如GB/T 3274-2007、GB/T 711-2008、GB/T 6728-2002和 GB/T 8162-1999中均引用前述标准中的钢材牌号，而没有对化学成分和机械性能有进一步详细的要求，这与美国标准稍有不同。而在钢材的采购时，只是提供材质、规格型号以及交货状态。整体来看，国内钢材标准不如美国标准系统、全面，国内钢材市场及供应品种也没有美国完善。这样就不可避免的导致了在采购环节上难度的加大，特别是小批量材料的采购，间接把问题转化为技术部门对材料的替换与更改处理。

2.2 美国标准体系

美国有多家学会、协会从事钢铁标准化工作，涉及钢铁材料标准的标准化机构主要有：AISI(美国钢铁协会)、ASTM(美国材料与实验协会)、SAE(美国汽车工程师协会)等。相比国内而言，美国的材料标准体系种类多，涵盖范围广，标准类别全面广泛而深入，相对国内标准来说更加完善和细致。以下重点介绍一下AISI/SAE和ASTM标准体系，并与国内的标准相对比。

（1）AISI/SAE标准体系

多年以来，碳钢和合金钢的种类都是由4位数字的AISI/SAE编号系统，根据标准的化学成分来指定。由于AISI不再起草材料技术规范，从1995年起，4位数字命名系统仅仅指SAE命名系统。

SAE系统用基本的4位数字编码来指明碳钢和合金钢的化学成分。所有编码中的后两位数字指明了碳含量。例如，含碳量为0.45%的碳钢根据系统编码为1045，前两位数字指明了钢种的分类。再例如，11XX指的是含硫易切削钢，12XX指的是含硫和含磷易切削钢。

如果在第二位和第三位之间有附加字母“B”,则是加入硼提高淬透性，“L”则是加入铅提高加工性能；带有前缀“M”指明为商品级质量的钢(热轧钢棒材要求最低的级别，用于结构和机器中的非重要零件)；带有前缀“E”(电炉钢)和后缀“H”(淬硬性要求)主要用于合金钢中。

（2）ASTM标准体系

ASTM是由美国材料与试验协会制定的材料标准。ASTM标准代号通常由字母分类代码、标准序号、制定年份和标准英文名称组成。标准序号后如带字母M则为公制单位标准，不带字母M则为英制单位标准；制定年代后面如有括号，则括号内的年代表示标准重新审定的年代；制定年代后面如有a，b，c…，则表示标准修订版次；制定年代后面如有￡1，￡2，￡3…，则表示标准仅进行编辑性修改而无实质内容修改的次数。字母分类代码中，字母“A”表示材料为黑色金属。

ASTM标准通常都是针对特定的材料产品而起草的。以一个具体的材料为例，ASTM A 582/A 582M-95b(2000)，Grade 303Se：Free-Machining Stainless Steel Bars:A为黑色金属分类码；582是标准序号；M是公制单位标准，A582/A582M说明此标准既涵盖了英制又涵盖了公制；95b(2000)为制定年代和更改版次以及终版年份；产品属于免加工不锈钢棒材；等级为303Se。

大型养路机械中可能会涉及到的常用ASTM钢材标准，如表2所列。

表2 ASTM部分常见材料标准

通过查阅和研究以上标准，不难发现，在ASTM标准体系中，针对每一种具体的产品(不同的用途)都会有一个与之对应的标准，并且在标准中清楚详尽的说明了产品的规格公差、交货状态、等级划分等，而且基本上全部都列出了材料的化学成分和机械性能，市场上供货与产品检验均严格依照这些标准执行。这点与中国标准中钢材都统一标注材质有很大的不同，以A514/A514M-00a：焊接用经回火与淬火的高屈服强度合金钢板为例，其中机械性能类似，而根据化学成分的不同分为了14个等级；而国内标准在处理相同材质，不同热处理状态的不同机械性能上显得过于笼统，没有针对性。对于同样材质的材料，不同的工艺路线，最终的机械性能可能差别很大，例如冷拔与热轧的钢管的屈服强度差别有时甚至能达到 100 MPa。国内标准没有具体的标准来规范最终不同状态的产品所能达到的机械性能，还需要与厂家另行协商。

此外，国产化过程中可能还会用到AAR(美国铁路协会)标准，例如AAR M 201-2005铸钢件，我国的TB/T 2594-1995:铁道机车车辆结构用低合金铸钢即是以前者为参考转化而来的，可以近似比对。

3 国产化中的材料规格公差

在国产化英制产品的时候，经常会碰到公英制转化的问题，在材料的规格尺寸上同样存在此问题，因而如何解决这个问题也是一个关键。

以钢板的厚度规格为例，英制钢板转化为公制尺寸的最常用方法是直接乘以25.4，这样所得到的结果往往不是整数，而且不是我国推荐的公称板厚。对于这种问题有以下几种解决办法：

一是，保证钢板厚度在容许公差范围内。首先需要通过A6/A6M-04a：轧制结构钢板材、型材和薄板卷材通用技术要求，来查询钢板的厚度方向的容许公差，再与我国的钢板公称厚度以及公差范围相对比，如果能购买到在容许公差范围内的钢板则直接采购，否则则需要特殊定制，这还会涉及到最小订货量的问题，如果需求量少则需考虑其他的解决办法。

二是，具体问题具体分析，通过分析结构的重要性，以及厚度尺寸改变可能带来的问题，比如结构的强度变化、重量变化、相邻尺寸的变化等，在满足产品所需要的功能性和可靠性前提下，对规格进行更改，此外还需要与技术引进方积极沟通确认替代方案。这种方法一旦确实可行，比其他的方案都要节约成本，只是前期沟通确认的周期会比较长。还有一种解决办法是针对局部对尺寸要求很严格的场合，且用量不大的情况下，可以通过加工获得所需的尺寸，相对也会提高成本。

所以，在充分熟悉图纸，理解图纸的前提下，了解了产品和零件的设计功能和要求，进行适当的替代更改，并积极与技术引进方沟通确认替代方案，不仅满足了产品的结构和功能要求，保证产品的可靠性，而且使国产化的过程更加彻底，也更具有经济效益。

其他型材，比如钢管、棒材、矩形管等也可以借鉴这种规格公差的处理模式。

4 材料的国产化替代流程

通过在SBC边坡清筛机项目中进行材料国产化替代工作所积累的经验和教训，总结出了一套材料的国产化替代流程建议方案如下：

（1）在国产化初期，详细分析技术引进方所提供的材料清单，并进行分类处理，可分为钢板、各种型钢、标准紧固件、铸锻件、特殊材料零件、液压气动元件及附件、管路、管接头、管卡、电器元件和线缆、其他外购件等。

（2）根据分类处理的结果，查阅和研究相关标准，做到把标准吃透，并与国内标准相比较。对于标准不明确或是有疑问处，要及时积极与技术引进方沟通，提早发现问题，解决问题。

（3）确定材质及规格型号的替代方案，并提交技术引进方进行确认，有自主设计权利的企业也可以自行计算并进行设计更改的确认。一旦方案被否定，要及时拿出替代的解决方案。

（4）对于特殊材质的零件，应当首先分析零件功能，在确保满足零件功能的前提下，从国标或铁标中选择相近的材料，并进行确认。

（5）在进行材料替代的过程中，要考虑物资供应的相关问题，在满足使用可靠性的前提下，优先选择本企业常用材料及国内常见材料，降低采购成本。

（6）材料代用应该有详细的记录，逐件核对，在替代方案确定及更改后及时更新，不断发现更好的替代解决方案，进一步深化大型养路机械的国产化。

5 结束语

在工程机械稳步加速发展的今天，深化工程机械的技术引进和消化吸收成为了我国突破装备制造业发展瓶颈的必然之路。本文从大型养路机械的国产化经验出发，就大型养路机械国产化过程中可能出现的材料替代相关问题(钢结构部分)进行了分析和讨论。

（1）提出了材料国产化的分类处理；

（2）较详细的分析了中美材料标准体系(钢材)之间的差异；

（3）提出了若干公英制材料规格尺寸转化中的建议处理办法；

（4）总结归纳了材料国产化替代的工作过程。

希望今后能够进一步加深对技术引进中的材料国产化替代的方案研究，在保证整机及零部件的功能性和可靠性的前提下降低采购和生产成本，推进大型养路机械国产化进程的深入进行。

[1]John E.Bringas.Handbook of Comparative World Steel Standards[M].USA：ASTM International，2004.

[2]Roger L.Brockenbrough,等.美国钢结构设计手册[M].上海：同济大学出版社，2006.

[3]William D.Callister,Jr.Fundamentals of Materials Science and Engineering[M].USA：John Wiley&Sons，2001.