論釬鋼釬具企業(yè)的技術創(chuàng)新

肖上工

1 問題的提出

“創(chuàng)新”概念是由美籍奧地利經(jīng)濟學家熊彼特于1912年在 《經(jīng)濟發(fā)展理論》一書中首次提出，并形成了以“創(chuàng)新”為核心概念的經(jīng)濟學理論——創(chuàng)新理論。熊彼特認為創(chuàng)新包括五種情況：引進新產(chǎn)品，即產(chǎn)品創(chuàng)新；引進新的生產(chǎn)方法，即工藝創(chuàng)新；開辟新市場；控制原材料的新供應來源，即開發(fā)新的資源；實現(xiàn)企業(yè)的新組織，即組織管理的創(chuàng)新。概括起來，技術創(chuàng)新是以市場為導向，從新產(chǎn)品或新工藝設想的產(chǎn)生，經(jīng)過研究、開發(fā)、工程化、商品化生產(chǎn)，到市場應用的完整過程的一系列活動的總和，它是一項系統(tǒng)工程。

2 釬具企業(yè)的技術創(chuàng)新

近年來的實踐已經(jīng)證明，企業(yè)要發(fā)展，要在激烈的市場競爭中立于不敗之地，就必須進行創(chuàng)新，特別是開展技術創(chuàng)新。研究開發(fā)、生產(chǎn)制造和營銷活動緊密結合、一體化推進是企業(yè)科技工作的必由之路。技術創(chuàng)新的工作重點是：突出老產(chǎn)品的性能改善和穩(wěn)定，做好新產(chǎn)品的研制開發(fā)和新技術應用研究工作，促進產(chǎn)品升級換代和工藝裝備水平的提高。在整個研發(fā)過程中，更要注重市場，新產(chǎn)品開發(fā)來源于市場，實現(xiàn)于市場，滿足于市場，服務于市場。

采掘工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)之一，人類為改善生存條件和環(huán)境，需要采掘更多的資源，拓寬更大的生存空間，修建更便捷的道路，建設更多的能源基地。而這些基礎設施工程的建設都涉及到鑿巖爆破工程。釬具是巖石或巖土鉆爆法施工中鉆鑿爆破孔的工具，根據(jù)施工方式和作業(yè)方法的不同，釬具可分為頂錘式、刮削式、潛孔式、旋轉式等幾大類、上千個品種規(guī)格。習慣上把釬桿叫長釬具，把釬頭、釬尾、連接套叫短釬具?？梢哉f，釬具產(chǎn)品的發(fā)展，已成為現(xiàn)代社會物質(zhì)文明生產(chǎn)與建設中重要的內(nèi)容。

鑿巖釬具是礦山開采，基礎設施建設中使用的工具。在國內(nèi)外礦山開采、鐵路、公路建設、港口、電站施工，以及城建、采石等工程領域中大量使用著各種不同類型的釬具產(chǎn)品。先進的鑿巖技術和優(yōu)質(zhì)的鑿巖釬具，已經(jīng)成為衡量一個國家生產(chǎn)力發(fā)展和生產(chǎn)工具發(fā)達水平的重要標志之一。

釬具材料其性能要求是很高的，除了高強度（包括疲勞強度）、高韌性外，還要求其具有一定的耐腐蝕性能、消振性能，同時還要考慮其加工性（特別是熱處理）。新中國成立后，國產(chǎn)的釬具材料在很長的時間內(nèi)未能過關，每年要從國外進口大量的釬具及材料，特別是用來制作釬桿的中空鋼 （一種類似于厚壁無縫鋼管的異形鋼材）尤為突出。我國上世紀50年代開始生產(chǎn)氣動鑿巖機械，同時開始了鑿巖釬具的生產(chǎn)。80年代初，投向釬具產(chǎn)品的企業(yè)不斷增多，生產(chǎn)品種類型也不斷增加。同時各項釬具生產(chǎn)和科研項目也開始取得成效，并轉化為生產(chǎn)力。到了90年代，我國釬具工業(yè)生產(chǎn)已形成了一定的規(guī)模，產(chǎn)品類型基本上滿足了各項基礎建設工程的需求，一部分產(chǎn)品開始批量出口，形成了我國自己的鑿巖釬具工業(yè)生產(chǎn)體系。進入21世紀以來，鑿巖釬具工業(yè)生產(chǎn)體系不斷完善，但是要完全滿足國內(nèi)市場需求，在國際市場上占有較大的份額，仍有一定差距，還需要繼續(xù)不斷努力。

國外工業(yè)發(fā)達國家（如瑞典、美國、日本、芬蘭、加拿大、法國等）對鑿巖機械、鑿巖釬具的發(fā)展非常重視，幾十年來，投入了大量資金進行研究和開發(fā)，取得了許多成果，推動了鑿巖機械和鑿巖釬具的發(fā)展，使鑿巖工程、爆破技術、鑿巖機械和鑿巖釬具的技術發(fā)展和創(chuàng)新始終處于同步發(fā)展水平。我國鑿巖釬具經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了長足的進步，進一步分析鑿巖釬具的發(fā)展方向并朝著這個方向努力奮進，對促進釬鋼釬具產(chǎn)品的進步具有重要的意義。

我國釬桿產(chǎn)品在二十世紀八九十年代只停留在年消耗3萬余噸的水平上，進入二十一世紀后每年的耗用量都在上升，僅2009年H22 mm錐體連接釬桿產(chǎn)量就達到10萬噸。

下面分析一下近年來很多釬鋼釬具企業(yè)都想進行的創(chuàng)新項目——螺紋連接釬桿用中空鋼及釬桿。

2.1 螺紋連接釬桿的主要產(chǎn)品

螺紋連接釬桿用中空鋼及釬桿，它包括用于液壓鉆車釬桿 H28 mm、H32 mm、R32 mm、H35 mm、R39 mm、R46 mm、R52 mm 中空鋼、用于管式導向鉆管釬桿的R56 mm、R60 mm、R64 mm管式中空鋼，以及用這些中空鋼做成的螺紋釬桿。

圖1 各種規(guī)格的鑿巖用中空鋼

2.2 技術可行性分析

隨著近年來中深孔技術的不斷發(fā)展，高效率、大功率液壓鑿巖機得到廣泛應用。液壓鑿巖機是上世紀七十年代開始生產(chǎn)并得到應用的一種新型鑿巖機械，它具有能量利用率高、輸出功率大、鉆進速度快、噪音低、工作現(xiàn)場條件好、環(huán)境污染小、鑿巖效率高及釬具壽命延長等優(yōu)點。而與之配套的螺紋釬桿，是技術含量高的釬桿品種。隨著近年來中深孔鑿巖技術的不斷發(fā)展，高效率、大功率鑿巖機的廣泛應用，鑿巖效率大大提高，這就要求釬桿產(chǎn)品能承受高頻大功率沖擊、承受較大扭矩且具有高疲勞性。鑿巖用釬桿為一細長桿體，它的服役條件是在腐蝕介質(zhì)中承受多沖拉壓、多沖彎曲和多沖扭轉的載荷，因而要求材料性能優(yōu)良。經(jīng)測算，在液壓鑿巖機沖擊功為340J的載荷條件下，螺紋釬桿發(fā)生斷裂的瞬間實際受力為823MPa。因而釬桿必須選用抗拉強度在1373 MPa、屈服強度在1275 MPa以上的超高強度鋼。

圖2 各種規(guī)格的螺紋連接釬桿

螺紋釬桿生產(chǎn)工藝

（1）國外（以瑞典山特維克公司為例）螺紋釬桿生產(chǎn)工藝

材質(zhì)為20CrNi3Mo、FF710等鋼種，工藝流程為：廢鋼精選—冶煉—LF精煉—VD真空處理—澆注大鋼錠—加熱—開坯—扒皮—機械鉆孔—裝芯—加熱—軋材—抽芯—中空鋼—鍛造—機械加工—滲碳—空淬 （強制風冷）—低溫回火—檢驗—校直—拋丸—防銹—包裝—入庫。

其加工特點為：材質(zhì)采用低碳中合金滲碳鋼，經(jīng)滲碳-淬火-回火后，可獲得良好的強韌性配合，高的疲勞壽命和表面高硬度，滿足了釬桿的服役條件。先進的煉鋼、軋鋼工藝，使鋼的純凈度高、壓縮比大，可實現(xiàn)鋼的純凈化、均勻化及晶粒細化，為制釬提供了優(yōu)質(zhì)的材料。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，使用壽命高，在巖石硬度為中硬，單軸抗壓強度100 MPa，鑿巖進尺4000米／支左右，是國際公認的最好的螺紋釬桿生產(chǎn)工藝。但其工藝路線長，原材料及生產(chǎn)成本高，對軋制工藝過程、尺寸精度、熱處理工藝和裝備要求高，精確控制難度大，國內(nèi)尚未完全掌握其技術。

（2）國內(nèi)螺紋釬桿生產(chǎn)工藝及特點

國內(nèi)重型鑿巖釬桿材質(zhì)為20CrNi3Mo,FF710等鋼種，工藝流程分為以下幾種：

工藝流程一（仿國外工藝）：

廢鋼精選—冶煉—LF精煉—VD真空處理—澆注大鋼錠—加熱—開坯—扒皮—機械鉆孔—裝芯—加熱—軋材—抽芯—中空鋼—鍛造—機械加工—滲碳—空淬 （強制風冷）—低溫回火—檢驗—校直—拋丸—防銹—包裝—入庫

工藝流程二：

圓鋼—扒皮—加熱—穿孔—熱軋減徑（或熱拉拔）—中空鋼材—鍛造—機械加工—滲碳—空淬—回火—檢驗—校直—拋丸—防銹—包裝—入庫。其工藝特點為：生產(chǎn)流程短，成本較低。

工藝流程三：

采用經(jīng)鉆孔法或熱穿-熱軋（拔）法生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)中空鋼材—鍛造—機械加工—正火—淬火—回火—檢驗—校直—拋丸—防銹—包裝—入庫?？捎么朔ㄉa(chǎn)沖擊功不是太高、沖擊頻率不是太高的液壓鑿巖場所（如COP1038、水星-300液壓鑿巖機）。

螺紋釬桿采用低碳高強度合金鋼經(jīng)滲碳和淬火回火+噴丸+防腐處理是目前最佳的螺紋釬桿制釬工藝。但滲碳爐爐溫的均勻性、表面滲層的深度控制、淬火時桿體彎曲度的控制、螺紋的機加工的表面尺寸精度和粗糙度，是決定螺紋釬桿質(zhì)量的關鍵因素。特別是表面滲碳層要求無塊狀和網(wǎng)狀碳化物、無內(nèi)氧化等缺陷，表面硬度要求梯度平緩，這在工藝上是較難做到的。

低碳高強度合金鋼經(jīng)滲碳淬火回火處理后，雖然增加了螺紋釬桿的表面硬度、耐磨性、疲勞強度，同時也使螺紋釬桿的表面增加了缺口敏感性。這一工藝并未全部滿足螺紋釬桿在鑿巖過程中，聯(lián)接套與釬桿螺紋之間的高頻撞擊所產(chǎn)生的高熱的抗軟化能力。所以，螺紋釬桿仍有課題需要進行深入的研究。

圖3 井式氣體滲碳爐

圖4 剛出滲碳爐的螺紋釬桿

綜上所述，螺紋釬桿制造工藝較復雜，難度較大，目前我國生產(chǎn)的螺紋釬桿與世界先進水平相比，尚有不小差距。

2.3 市場分析

（1）國內(nèi)市場

中國國民經(jīng)濟歷經(jīng)多年高速發(fā)展，GDP連續(xù)保持在8%左右，公路、鐵路、水利工程等基礎設施建設規(guī)模不斷擴大；國內(nèi)工業(yè)對鐵礦石、鐵合金、有色金屬礦產(chǎn)的需求持續(xù)增長，引領礦山采礦業(yè)迅速擴張。這些基建工程、礦業(yè)采掘都離不開采掘用釬桿，也導致釬桿消耗的迅速增長。

螺紋釬桿是液壓鑿巖鉆車的配套工具。隨著我國大型基礎項目的相繼開工，機械化施工作業(yè)程度將進一步加大，大型鉆機的使用量也將有較大幅度的提升，對螺紋釬桿的需求量也會有所增加。據(jù)中國釬鋼釬具協(xié)會2012年統(tǒng)計，當年全國釬具產(chǎn)值60億元，其中螺紋連接釬桿產(chǎn)值大約占6%，即3.6億元。

液壓鑿巖臺車用螺紋釬桿的生產(chǎn)標志著一個國家的釬桿制造水平，目前國內(nèi)生產(chǎn)螺紋釬桿的廠家有：首鋼貴陽特殊鋼有限責任公司、貴陽惠灃眾一釬具有限公司、遼寧蓮花山鑿巖釬具有限公司、山東三山集團五岳釬鋼釬具有限公司、湖北嘉裕釬具有限公司等。但我國在螺紋釬桿的生產(chǎn)上技術尚未完全過關，國內(nèi)螺紋釬桿一半以上依賴于國外進口，有人估計其年需求量約合20億元人民幣，并呈逐年上升趨勢。

（2）國際市場

國際市場上釬具產(chǎn)品的市場份額尚較難確定，其主要供應商為瑞典的Sandvik、Atlas公司，美國的Boartlongyear，日本古河等。這幾個國際著名釬具公司的技術引導著世界釬具的發(fā)展，其生產(chǎn)的螺紋釬桿產(chǎn)品質(zhì)量好，價格高，盡管價格約為國內(nèi)釬桿產(chǎn)品價格的1.5-3倍，但產(chǎn)品仍約占國際市場的80%，我國的螺紋釬桿市場也基本上被這幾家公司所占有。同時這幾家公司近年來有逐漸將生產(chǎn)線向我國轉移的趨勢，都在我國設立了分公司或投資控股公司。我國將成為國際釬具產(chǎn)品的主要生產(chǎn)基地，這將為我國釬具事業(yè)的發(fā)展提供良好的機遇，也給該項目提供發(fā)展的平臺。

螺紋釬桿制造是一項技術較復雜的產(chǎn)業(yè)，需要專業(yè)的技術人才隊伍、先進成熟的技術工藝路線、嚴格有效的管理，再加上國內(nèi)外市場基本飽和，生產(chǎn)廠家競爭激烈，故建議對此技術進步項目應謹慎為之。

3 結論

（1）釬具企業(yè)要發(fā)展，要做強，必須進行創(chuàng)新，特別是技術創(chuàng)新；

（2）新產(chǎn)品開發(fā)來源于市場，實現(xiàn)于市場，滿足于市場，服務于市場。