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109個產品達到國際領先或先進水平！南鋼工程機械用鋼的研發與推廣
發布時間：2023/7/3 發布者：jy 點擊次數：37368
轉載《世界金屬導報》
一、我國工程機械行業發展情況
工程機械行業是我國國民經濟發展的重要支柱產業之一，在過去幾年間發展迅速，產業規模持續擴大。作為裝備工業的重要組成部分，各類工程機械設備在國防建設、交通運輸建設、能源工業建設和生產、礦山等原材料工業建設和生產、農林水利建設、工業與民用建筑、城市建設、環境保護等多個領域應用廣泛。
工程機械行業作為鋼材消耗大戶，目前國內市場對各類鋼材的需求量約600萬噸/年，其中，中厚板材占50%，管材（無縫鋼管和厚管）占10%，棒材占13%，熱軋薄板和冷軋薄板占20%，其他鋼材約占7%。
資料顯示，2022年中國工程機械行業市場規模已達5萬億元。工程機械行業的繁榮除了受經濟和社會發展的推動外，國家從宏觀層面的政策扶持，也為工程機械工業的平穩發展提供了堅實支撐。在今年的中央經濟工作會議上，明確了“堅持穩字當頭、穩中求進”的總基調，結合工程機械行業“十四五”規劃提出的發展目標，未來隨著宏觀政策調控力度增強、房地產逐步走出谷底、重大項目和重大工程相繼開工、基礎設施建設提速等利好因素，國內工程機械銷量有望在年底筑底，結束自2021年下半年的持續走低，再次展現強勁活力。此外，疫情結束后全球各國紛紛推進經濟刺激計劃，促使全球工程機械需求不斷加速釋放，為中國工程機械激發新動能。目前中國工程機械出口聚焦在“一帶一路”沿線國家和地區，且已獲得較高的份額，但在北美、歐洲等大市場滲透率仍較低。未來，隨著國內企業在歐美逐步打開市場，有望復制其在國內以及“一帶一路”沿線地區模式，實現份額快速提升，預計我國工程機械出口規模將進一步擴大。
二、南鋼工程機械用鋼研發及推廣情況
南鋼工程機械用鋼分中厚板材、棒材、線材、帶鋼和型鋼五大類，鋼種、規格全覆蓋，主要應用于挖掘機、裝載機、推土機、平地機、起重機、混凝土泵車、礦用車、壓路機、刮板輸送機、叉車、專用車輛等工程機械結構件與耐磨件。整體市場占有率行業領先，基本實現了全球50強工程機械企業直接或間接批量供貨，已與多家行業頭部企業達成戰略合作。
南鋼工程機械用鋼長材研發始于2005年，并于2007年通過全球最大工程機械設備制造商美國卡特彼勒公司認證。十余年間，南鋼不斷加大研發及市場開拓力度，在保持傳統優勢的基礎上不斷取得重大突破，形成鋼廠-加工廠、鋼廠-加工廠-主機廠全產業鏈協同開發，產品包括棒材、線材、帶鋼、型鋼的8大類70余個鋼種，涵蓋鏈軌節用鋼、支重輪用鋼、銷軸銷套用鋼、活塞桿用鋼、合金焊絲鋼、彈簧鋼棒線材、履帶板（單齒、雙齒、三齒）等。目前，特鋼工程機械用鋼已實現履帶底盤系統、工作裝置系統、車體系統的全系列突破，產品通過了卡特彼勒、徐工、三一、臨工、小松、山推等知名企業認證，與業內龍頭企業均保持著緊密合作。2022年，南鋼工程機械用鋼長材銷量超20萬噸，在逆勢中持續保持市場占有率領先。其中，履帶鏈軌節用鋼、工程機械彈簧鋼銷量及市場占有率國內領先。南鋼工程機械用鋼獲全國市場質量信用AA等級榮譽。高強合金焊絲成功應用于“世界第一吊”徐工四千噸級履帶式起重機的建造中，助力大國重器，挺起中國裝備的脊梁。耐磨鋼帶產品廣泛應用于徐工、中聯重科、三一重工等企業，耐磨壽命比普通的輸送管壽命提高1倍以上。
三、南鋼工程機械用鋼集成工藝技術
因工程機械設備主要在礦山、道路、建筑施工工地等復雜環境下運行使用，對各部分零件均要求較高的穩定性，在材料的組織、淬透性、夾雜物、內外部質量等方面均有較高要求。南鋼特鋼事業部依托公司的研發機制保障及研發組織能力，打造系列工程機械用鋼集成工藝技術，產品具備工藝技術流程最優、質量穩定、品牌認可度高、生產效率高及綜合競爭力強的特點。
1. 高品質鏈軌節用鋼設計及熱處理技術
鏈軌節是“四輪一帶”的核心部件，用于挖掘機的履帶底盤系統，起到承載設備重量、實現設備行走的功能。由于施工現場大多環境復雜，鏈軌節服役時經常受到較大沖擊載荷，對其力學性能及內部質量穩定性要求較高。
南鋼結合鏈軌節加工制造工藝，深入調研不同用戶的熱處理工藝及裝備，通過不同淬火介質對鏈軌節心部硬度、組織及裂紋敏感性的研究，設計低、中、高三種成分體系，滿足不同客戶對鏈軌節的性能需求，并分別進行不同熱處理工藝調質試驗，控制鏈軌節不開裂，同時心部硬度滿足主機廠要求。實現依據用戶性能需求，指導用戶加工工藝及選材，推薦成本最佳的材料，提高了南鋼工程機械鏈軌節產品的適用性，便于市場推廣應用。
2 .高周疲勞彈簧鋼生產集成技術
疲勞破壞是彈簧的主要失效形式，在提高彈簧的疲勞壽命方面，南鋼通過對夾雜物組成控制，實現了彈簧鋼夾雜物低熔點塑性化區控制，采用純凈鋼生產工藝減少了夾雜物數量；開發系列專有技術控制脫碳、表面質量，結合控軋控冷工藝，實現成品表面無全脫碳、部分脫碳少，彈簧鋼、汽車冷鐓鋼等線材的全脫碳控制為零。工程機械用彈簧鋼的疲勞壽命處于行業領先水平。
3.TiN夾雜物控制技術
因含硼鋼具有良好淬透性、熱處理性能，已被廣泛應用于工程機械零部件中。在煉鋼生產過程中，為保證硼鋼中的有效硼含量，降低鋼液氮含量，需加入更易與氮元素結合的鈦元素，但這不可避免地會使鋼中生成較多的TiN。由于TiN形狀多為方形、菱形、三角形，硬度極高，加工過程不能使之變形，也不能通過高溫固溶，一旦材料中TiN尺寸過大，就會降低零件的疲勞壽命。因此，有效控制鋼中TiN的尺寸及數量，對提高產品質量具有極大意義。
南鋼技術團隊通過研究鋼中TiN形成機理，并優化鈦合金的加入方式，提高鈦元素收得率，選擇合適的鈦合金化時機，控制鋼中鈦氮積，避免大尺寸TiN夾雜形成。最終實現工程機械鏈軌節35MnB、銷套40CrB、銷軸45B鋼中的氮化鈦夾雜細小、彌散控制，滿足了高端工程機械主機廠的高要求。
4 .高純凈含硫含鋁鋼生產控制技術
鋼中添加的鋁元素能夠細化晶粒，使鋼材具有良好的韌性和強度。鋼中添加一定的硫元素，可利用細小的MnS夾雜物改善切削加工性能，減少刀具磨損并提升工件表面光潔度。但此類含硫含鋁鋼澆鑄過程中難以穩定控制澆鑄液面，澆鑄過程中極易發生嚴重的水口結瘤，導致停澆，極大地提高了生產成本，同時非穩態的澆鑄過程會影響連鑄坯質量、鋼材純凈度控制及探傷合格率。因此，提高含硫含鋁鋼內部和表面質量、實現高效生產、降本增益，一直是特殊鋼企業關注的重點。
針對以上技術難點，技術人員通過對含硫含鋁鋼中非金屬夾雜物數量及尺寸檢測，定性分析夾雜物組成，確定連鑄水口結瘤物形成機理，優化含硫含鋁鋼生產工藝，實現結晶器液面的穩定控制，提升穩態連澆爐數，提高鋼材純凈度。系列措施實施后，工程機械含硫含鋁鋼連澆爐數達到10爐以上，實現B、D類夾雜≤1.5級，其中B粗≤1.0級。
5. 成分高均質化、窄淬透帶控制技術
工程機械零部件多為調質處理，隨著下游用戶對產品性能穩定性及生產工藝一致性要求的不斷提高，對鋼材也提出了減小爐次間成分波動及窄淬透帶控制的要求。為滿足用戶需求，南鋼積極投入研發力量，一方面進行結晶器電磁攪拌強度、拉速及二冷工藝對成分偏析的影響研究，改善鑄坯偏析；另一方面，通過精準稱重、現場成分快速分析、原輔料成分精準控制、合金精準加入，實現窄成分、窄淬透帶控制。優化工藝后，材低倍錠型偏析得到改善，碳分布更加均勻，材料偏析指數控制在1.05以內，淬透性帶寬≤4HRC，滿足用戶對使用工藝及產品性能穩定性需求。
6. 低壓縮比材料內部質量控制技術
對于需要直徑150mm以上的大規格圓鋼加工的支重輪、油缸吊耳、柱塞泵缸體等零件，難以僅通過軋制壓縮比來保證材料內部質量。因此，南鋼技術團隊通過對開軋溫度、軋制速度、道次壓下量對軋材內部質量的影響研究，優化軋制工藝，使軋制加工變形滲透到鑄坯中心，使鑄坯內部粗大組織及疏松變為晶粒細小均勻的組織。經過工藝優化，采用5.4壓縮比生產的直徑190mm軋材，低倍組織疏松≤1.0級，滿足超聲波探傷標準及客戶使用要求，成功替代進口材料。
7. 高精度軋制控制技術
隨著成本壓力增大，工程機械零部件廠家越來越重視材料的尺寸精度，減少機加工車削量或者鍛造毛邊，為用戶帶來的收益是十分明顯的。為此，南鋼經過裝備升級及技術攻關，形成了一整套材料尺寸外形控制技術，包括三輥變形減定徑技術、雙測徑軋制精度控制技術、分段式控軋控冷技術、多級保溫控制冷卻技術等。南鋼棒材公差控制能力達到1/5DIN標準和熱軋態平直度≤2.5‰。熱軋態交付能夠滿足精鍛工藝、冷鍛工藝、高精度機加工工藝的標準要求。同時，三輥變形軋制技術能夠實現直徑公差自由尺寸軋制，實現用戶加工工藝定制化要求。
8. 表面“零缺陷”控制技術
通過對二冷工藝、結晶器保護渣等連鑄工藝研究，改善連鑄過程鑄坯各面冷卻不均，優化結晶器保護渣加入、控制消耗量等，改善提升鑄坯表面質量，結合鋼坯精整控制技術、加熱爐出爐坯料表面質量控制技術、精品包裝和物流等，可將彈簧鋼盤條表面深度≥0.1mm的缺陷個數控制在5個以內，表面質量水平達到國際領先水平，成功供貨于多個高端用戶。
四、結語
南鋼始終堅持自主創新，研發投入占比保持3%以上，研發強度保持行業前三，聚集英國萊斯特大學、日邦冶金等國內外創新資源，打造形成“2+3+5”開放式高端研發平臺。與鋼鐵研究總院、東北大學、北京科技大學、中科院金屬所、英國帝國理工、瑞典國家冶金研究院等50余所國內外高校院所開展產學研合作，形成系列核心產品、核心技術，極大提升了南鋼競爭力。近年來，承擔國家重大項目15項，其中工業強基3項、增強制造業核心競爭力1項；獲省部級以上科學技術獎52項，其中國家科技進步二等獎4項。
南鋼堅持做精做強特鋼，除工程機械領域外，還聚焦能源、軌道交通、船舶海工、核電風電、新能源汽車等重點領域，打造了中厚板、特鋼、復合材料、特種裝備材料四大精品基地。目前，109個產品達到國際領先或先進水平，52個產品獲得國家及省部級重點新產品認定，多項產品實現首創、打破壟斷、替代進口。