QS-650清筛机用耐磨板材料研究

毛志华

（中国铁建高新装备股份有限公司，云南昆明　650215）



QS-650清筛机用耐磨板材料研究

毛志华

（中国铁建高新装备股份有限公司，云南昆明650215）

摘要对QS-650清筛机用耐磨板的实际工况、磨损机制进行分析，确定采用“低含碳量+高硅、锰含量+钼”的国产NM360A耐磨板替代进口的VFS和HARDOX耐磨板，热处理态使用，并对国产NM360A耐磨板与进口VFS和HARDOX耐磨板的力学性能和耐磨性进行了对比试验研究。试验结果表明：国产NM360A钢焊接工艺性能及弯曲加工性能均优于进口VFS和HARDOX的相应指标；热处理态NM360A耐磨板比进口VFS和HARDOX耐磨板的抗磨损性能提高30％左右。

关键词清筛机；耐磨板；国产化替代

QS-650（SRM80）全断面道砟清筛机是引进消化奥地利Plasser公司先进技术设计生产的大型养路机械，现已生产近130台，国产化率约70％。挖掘装置是该机的主要作业装置，使用了大量的耐磨件，如耐磨板、弯角导槽等。目前这些耐磨件主要依赖进口，因此研制国产耐磨板以替代进口耐磨板，从而降低成本，统一耐磨件的规格、牌号，方便材料采购、配件储备。WZB-NM360A（以下简称NM360A）［1］是我国生产的低碳合金耐磨板，具有较好的耐磨性［2］，且焊接性能优异［3］，是矿山、建材等很多领域广泛应用的耐磨板［4］。本文对国产低碳合金耐磨钢板与进口耐磨钢板的力学性能和耐磨性进行对比试验研究，为国产耐磨板替代进口耐磨板提供技术依据。

1　试验方法

1. 1板材耐磨件材料选择

QS-650（SRM80）全断面道砟清筛机挖掘装置易损耐磨件需要多种厚度规格的耐磨板材，用量最大的厚度规格有15，12，10 mm，分别用于挖掘导槽框的底部及两侧，引导挖掘输送链及石碴通过，作为导向耐磨件使用，使用工况为“低应力划伤式磨料磨损”。

按原设计，QS-650（SRM80）全断面道砟清筛机挖掘装置的耐磨板材的牌号是VFS和HARDOX。VFS是德国Meyenfeld工厂生产的低碳合金耐磨钢板材，HARDOX是瑞典SSAB公司生产的特殊低碳合金耐磨钢板，二者厚度都为15 mm，状态为供货态。拟采用的国产低碳合金耐磨钢板牌号为舞阳钢铁公司生产的NM360，厚度也为15 mm。为了获得最佳的使用效果，国产材料采用了供货和热处理2种状态。其中，热处理条件为920℃，1. 5 h，水淬400℃，回火2 h。

1. 2材料成分分析和耐磨性试验

1）材料成分分析

拉伸试验按照《金属材料室温拉伸试验方法》（GB /T 228—2002）进行。硬度试验按照《金属夏比缺口冲击试验方法》（GB /T 229—1994）进行，测试温度为- 20℃。金相组织分析在德国徕卡LEITZ MM6金相显微镜上进行。

2）耐磨性试验

磨损试验采用MM-200型试验机，按照《金属磨损试验方法MM型磨损试验》（GB /T 12444. 1—1990）进行。将不同材质分别作为摩擦副的上下试样配对进行磨损试验。每次试验值都采用3组试样磨损结果的平均值。

试验条件为滚动-滑动复合摩擦，摩擦介质为干石英沙，摩擦力矩为15 N·m，摩擦压力为150 N，上试样转速为180 r/min，下试样转速为200 r/min，连续摩擦时间为9 h，室温（20±3）℃。磨损失重在精度为1× 10- 4g的电子天平上测定。

2　试验结果及分析

2. 1化学成分

试验材料化学成分见表1。国产NM360A耐磨板的化学成份中Si，Mn含量明显高于进口VFS及HARDOX耐磨板，且含有0. 48％的Mo。而进口VFS 及HARDOX耐磨板C含量稍高于国产NM360A耐磨板，但无Mo元素，其他元素含量接近。

表1　材料化学成分　％

2. 2金相组织

进口VFS，HARDOX的金相组织为板条马氏体+残余奥氏体（见图1、图2），供货态的国产NM360A板材的金相组织为粒状贝氏体+残余奥氏体，见图3。经淬火+中温回火热处理后，NM360A板材的金相组织为板条马氏体+残余奥氏体，见图4。

图1　VFS金相组织

图2　HARDOX金相组织

图3　NM360A供货态金相组织

图4　NM360A热处理态金相组织

2. 3力学性能

力学性能试验结果见表2—表4。

表2　拉伸试验结果

表3　V形缺口冲击试验结果

表4　硬度检测试验结果

供货态的国产NM360A耐磨板的屈服强度、抗拉强度、硬度HRC、耐磨性低于进口VFS、HARDOX耐磨板，冲击韧性值高于VFS及HARDOX耐磨板。

热处理态的NM360A耐磨板的力学性能、金相组织基本等同于VFS及HARDOX耐磨板；冲击韧性平均值高于进口VFS及HARDOX耐磨板；耐磨料磨损性能优于进口VFS及HARDOX耐磨板。严格控制热处理工艺，使变形经过校正后不影响使用。

2. 4试验结果分析

由表1可看出，国产NM360A材料的C含量低于进口VFS及HARDOX材料，Si，Mn含量明显高于2种进口材料，而且还含有0. 5％左右的Mo。NM360A是一种贝氏体钢，通过降低C含量（通常贝氏体钢的C含量在中碳范围）和加入较多的Si，Mn和Mo来获得贝氏体，同时提高其焊接工艺性能。

根据力学性能和耐磨性试验结果，NM360A的屈服强度、抗拉强度、硬度HRC低于进口VFS、HARDOX耐磨板，尽管冲击韧性值高于VFS及HARDOX耐磨板，但是最终耐磨性还是低于进口耐磨板。这可能是因为在滑动为主的磨损工况下，决定耐磨性的主要性能是硬度，而不是冲击韧性。因此，高硬度的马氏体组织耐磨性比硬度稍低的贝氏体组织更耐磨。

由表2和表4可知，经过淬火+中温回火后NM360A耐磨板的强度和硬度都进一步提高，与VFS 及HARDOX耐磨板相近，而且冲击韧性平均值仍然略高于进口VFS及HARDOX耐磨板。这可以从NM360A的成分和组织中得到解释。NM360A的成分中有较高（1. 84％）的Mn和0. 5％的Mo、0. 63％的Cr。这些元素都有很强的提高钢淬透性的作用，所以NM360A耐磨板具有很好的淬透性和淬硬性，能够进行低温淬火处理，从而获得高硬度的马氏体组织（参见图4），不一定非要保持贝氏体组织供货态进行使用。Mn，Mo和Cr还可以提高马氏体组织在回火时的稳定性。同时，NM360A的C含量（0. 2％）较进口板低，高的Si含量也能提高钢材的韧性，Mo的加入能够细化钢组织，提高其强韧综合性能。因此，NM360A具有比进口板材高的冲击韧性。正是因为高的强韧综合性能，NM360A在热处理后，获得优于进口钢材的耐磨性（见表5）。

表5　实验室磨损试验结果

综上所述，NM360A材料经淬火得到马氏体组织后，由于其Si，Mn含量高于进口VFS及HARDOX材料，而且还含有一定成分的Mo，使得NM360A耐磨板的力学性能和金相组织基本等同于进口VFS及HARDOX耐磨板；而其冲击韧性和耐磨性均优于进口VFS及HARDOX耐磨板。

3　装机现场试验及效果

为掌握NM360A耐磨板在实际使用工况条件下的真实磨损情况，将上述不同耐磨板安装于广州铁路（集团）公司QS-650（SRM80）全断面道砟清筛机的上升导槽上进行了考核试验（见图5、图6）。

1-供货态NM360A；2-热处理态NM360A；3-HARDOX；4-VFS；5-挖掘链图5　试验耐磨板在上升导槽上的位置

1-耐磨板；2-挖掘导槽框本体图6　导槽截面

现场试验表明：供货态的国产NM360A耐磨板与进口VFS及HARDOX耐磨板磨损程度大体相当；热处理态的国产NM360A耐磨板的磨损程度约相当于进口VFS及HARDOX耐磨板的70％。因而，NM360A耐磨板完全可以替代进口的VFS及HARDOX耐磨板，从而降低生产成本，提高耐磨板的使用效益。

4　结论

1）国产NM360A耐磨板的化学成份中Si，Mn含量大于进口VFS及HARDOX耐磨板，且含有0. 40％ ～0. 48％的Mo，而进口VFS及HARDOX耐磨板不含Mo，进口VFS及HARDOX耐磨板含C量稍高于国产NM360A耐磨板，其它元素含量等同。

2）供货态的国产NM360A耐磨板的屈服强度、抗拉强度、硬度HRC、耐磨性低于进口VFS和HARDOX耐磨板，冲击韧性值高于VFS及HARDOX耐磨板。供货态NM360A的金相组织为粒状贝氏体+残余奥氏体；进口VFS、HARDOX耐磨板及热处理态的国产NM360A耐磨板的金相组织为板条马氏体+残余奥氏体。

3）淬火+中温回火的NM360A耐磨板的力学性能、金相组织基本等同于VFS及HARDOX耐磨板；冲击韧性平均值高于进口VFS及HARDOX耐磨板；耐磨性优于进口VFS及HARDOX耐磨板。

4）淬火+中温回火的NM360A耐磨板的磨损程度约相当于进口VFS及HARDOX耐磨板的70％。

综上所述，性价比高的国产耐磨板能够替代昂贵的进口耐磨板。

参考文献

［1］王祖滨，东涛.低合金高强度钢［M］.北京：原子能出版社，1996.

［2］钟骏杰，朱汉华，肖常模，等.耐磨钢NM360的耐磨性能试验研究［J］.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2006，30（3）：395-397.

［3］黄卫锋. NM360高强度耐磨钢焊接性研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2005.

［4］张凤华，沈园，苏翔涛.沥青路面养护车输料螺旋的改进［J］.机械工程师，2014（7）：234-235.

（责任审编葛全红）

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

中图分类号U214. 8+2

文献标识码A

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

文章编号：1003-1995（2016）05-0154-04

收稿日期：2015-10-26；修回日期：2015-12-20

作者简介：毛志华（1963—），男，高级工程师。