煤礦用重型刮板輸送機耐磨中板新材料的研用

喬 煜

(山西汾西礦業(yè)(集團)有限責(zé)任公司 設(shè)備修造廠，山西 介休 032000)

隨著煤礦產(chǎn)量的日益增大，井下大型運輸設(shè)備的磨損越來越嚴(yán)重。其中，刮板輸送機就是煤礦中使用最廣、磨損及耗能最嚴(yán)重的設(shè)備之一。

刮板輸送機的核心部件中部槽的中板是物料的承載部分，運行過程中承受煤及矸石、刮板及鏈條的劇烈摩擦磨損，同時還要承受煤機運行中的動載負(fù)荷，如推拉液壓支架側(cè)向力和縱向力，采煤機振動及割煤時的反向力，大塊煤、矸石卡死在槽中時的擠壓、沖擊力等。刮板輸送機的失效也多由中部槽的中板過度磨損或斷裂引起，所以中板的使用壽命是衡量整機壽命的重要指標(biāo)。

為了提高刮板輸送機的整機壽命，對刮板輸送機中部槽中板材質(zhì)的改進可大幅度提升刮板輸送機的整機壽命和生產(chǎn)效率，提高裝備的運行安全性和可靠性，并為企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 主要研究內(nèi)容

1) 對新型特種耐磨鋼的耐磨性能進行試驗。

2) 開發(fā)錳系耐磨鋼的焊接工藝及性能中的關(guān)鍵技術(shù)。

3) 對中部槽中板在綜采作業(yè)面進行全面工業(yè)試驗，獲取各種對比性能試驗數(shù)據(jù)。

2 研究、試驗方法

2.1 試驗方法

1) 通過完善圖紙及改進產(chǎn)品工藝，配套工裝的設(shè)計及系列化、標(biāo)準(zhǔn)化等技術(shù)準(zhǔn)備工作，使產(chǎn)品圖紙具備試產(chǎn)條件；通過試生產(chǎn)檢驗產(chǎn)品工藝性以及技術(shù)資料的完整性；通過產(chǎn)品的試驗檢查該產(chǎn)品的整機性能。

2) 研究錳系耐磨鋼的表面硬度、拉伸、彎曲、抗沖擊強度性能測試，對不同載荷下的干磨損、沖蝕磨損試驗進行對比。

3) 研究錳系耐磨鋼的焊接工藝、焊縫組織結(jié)構(gòu)，對焊縫的側(cè)彎性能、拉伸性能進行檢測。

4) 完成中部槽使用的錳系耐磨中板在綜采工作面的試驗，并與正在使用的其它系列耐磨板進行對比試驗。

5) 建立不同使用工況下或沖擊載荷下的錳系耐磨鋼的表層強化規(guī)律，獲取耐磨板使用壽命周期。

2.2 BTW鋼成分、焊絲成分及焊接性能

1) BTW鋼成分見表1。

2) 焊絲成分見表2。

3) 焊接性能。

焊機：LINCOLN LF45

焊絲：CHM18.8Mn實心焊絲，規(guī)格：d1.2mm

保護氣體：Ar+5％CO2

環(huán)境溫度：30 ℃

a) 外觀檢查。試板焊接過程中，對每一個焊道進行外觀檢查，并拍照保存(見圖1)。

表1 BTW鋼主要化學(xué)成分表

表2 CHM18.8Mn焊絲化學(xué)成分表重量百分比％

元素CSiMnPSCrNiMoCu0.0770.746.770.0140.00918.98.20.0550.028

圖1 全焊道外觀照片

b) 無損檢測。

對焊接試板進行X射線探傷，依據(jù)GB/T3323-2005(BI級合格)，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

對焊接試板進行超聲波探傷，依據(jù)GB11345-89(BI級合格)，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

用超聲相控陣探傷儀對試板進行檢測，未見連續(xù)缺陷， 超聲相控陣檢測到的點狀缺陷圖見圖2。

圖2 超聲相控陣檢測到的點狀缺陷圖

c) 力學(xué)性能檢測。

用線切割的方式對分割焊機試板加工成力學(xué)試樣，并進行力學(xué)試驗。

試板拉伸性能見表3。

表3 焊件拉伸性能表

焊件側(cè)彎試驗分兩組進行，首先將彎心直徑定為8d，彎曲結(jié)果不合格，試板彎曲(8d)性能見表4 ，彎后試樣見圖3、4、5；然后將彎心直徑定為16d，彎曲試驗結(jié)果合格，試板彎曲(16d)性能見表5。

表4 焊件彎曲性能(8d)表

表5 焊件彎曲性能(16d)表

3 新型材料的焊接參數(shù)

耐磨鋼焊接參數(shù)數(shù)據(jù)見表6～8。

4 結(jié)果分析

采用的BTW錳系耐磨金屬,設(shè)計中降低了鋼中奧氏體的穩(wěn)定性，在中低沖擊載荷下，通過應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變，其強化系數(shù)高達2.5倍，表面硬度可提高到HRC52～62，強化層深度約為2 mm。當(dāng)表面的一層硬化材料被磨掉之后，新露出的表面同樣會得到自強化，因而在使用過程中產(chǎn)品的耐磨性及使用壽命顯著提高，但在沒有發(fā)生塑性變形的中心，則仍保持高的沖擊韌性。

圖3 宏觀金相圖

圖4 焊縫金相圖

圖5 熔合線附近圖

表6 不銹鋼焊絲焊接參數(shù)數(shù)據(jù)表

備注:打底焊后平均溫度為208.5 ℃，填充后平均溫度為250 ℃，蓋面后為330 ℃。

表7 普通焊絲焊接參數(shù)數(shù)據(jù)表

備注:打底焊后平均溫度為208 ℃，填充后平均溫度為259.5 ℃，蓋面后為300 ℃。

表8 常用焊絲焊接參數(shù)數(shù)據(jù)表

備注：打底焊后平均溫度為210 ℃，填充后平均溫度為261 ℃，蓋面后為310 ℃。

以高碳高合金垂直連鑄機生產(chǎn)的耐磨鋼克服了高錳鋼屈服強度低、磨料磨損性能差的缺點，表面硬度及耐磨性顯著提高，耐磨件能承受較大的沖擊載荷而不斷裂，抗剝落及抗破碎性能是其它產(chǎn)品的5倍以上，其主要技術(shù)指標(biāo)達到了國際領(lǐng)先水平。耐磨鋼應(yīng)用在工程機械的履帶板、鏟齒上的使用壽命是鑄鋼Mn13的3 倍；應(yīng)用在重載刮板輸送機中部槽上的使用壽命是NM400的2倍以上。

5 結(jié) 論

選用BTW系列耐磨鋼板作為中板材料，其在技術(shù)上達到了國際先進水平，比國內(nèi)耐磨中板使用壽命提高了2倍以上，同壽命下整體重量降低約20％。新型耐磨中板有效解決了在復(fù)雜惡劣工況下整機使用壽命短的問題。使用新型耐磨中板材料還具有成本低、性能優(yōu)越、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、節(jié)約稀有元素資源等顯著特點。其產(chǎn)生的效果如下：

1) 節(jié)約了大量資源，1件耐磨中板產(chǎn)品可代替?zhèn)鹘y(tǒng)2件以上產(chǎn)品，即各煤礦刮板輸送機中板每年所需的備件可減少一半，節(jié)約的鋼材和電能也是十分可觀。

2) 新產(chǎn)品的使用壽命提高1倍節(jié)省了大量的人力資本和停產(chǎn)損失，提高了裝備的運行安全可靠性，經(jīng)濟效益顯著。

參 考 文 獻

[1]王潤之,金毓洲. Fe-05耐磨合金粉塊碳弧堆焊技術(shù)在綜采刮板輸送機上的應(yīng)用[J].焊接，1987(8):56-59.

[2]煤炭科學(xué)研究總院太原分院. MT/T 105-2006刮板輸送機通用技術(shù)條件[S].北京：中國煤炭工業(yè)出版社，2006:7-9.