清華新聞網(wǎng)5月6日電 近日，清華大學(xué)貝氏體鋼研究及推廣中心（下稱(chēng)“貝鋼中心”）與中冶集團(tuán)/昆鋼集團(tuán)的下屬企業(yè)合作，研發(fā)出高性能貝氏體鋼鍛造耐磨襯板，并在昆鋼大紅山鐵礦半自磨機(jī)上試用，取得成功。這標(biāo)志著鍛造襯板產(chǎn)品已具備大規(guī)模生產(chǎn)和市場(chǎng)推廣應(yīng)用條件。
襯板主要用于礦山直徑5-14米大型半自磨機(jī)、自磨機(jī)上，是該類(lèi)設(shè)備的易耗部件。襯板應(yīng)用環(huán)境屬于高頻重載高沖擊惡劣條件下服役，目前鑄造高錳鋼襯板在半自磨機(jī)上應(yīng)用變形量大易造成筒體變形，低合金鋼類(lèi)襯板應(yīng)用經(jīng)常出現(xiàn)襯板斷裂，襯板使用3個(gè)月左右，經(jīng)常需要停車(chē)更換部分變形和斷裂的襯板。襯板檢修通常停掉整個(gè)礦山生產(chǎn)線(xiàn)，制約了礦山生產(chǎn)效率和磨礦率降低。因此，開(kāi)發(fā)高性能半自磨機(jī)耐磨襯板是礦山企業(yè)貫徹國(guó)家節(jié)能減排政策、產(chǎn)業(yè)提速升級(jí)的迫切需求，對(duì)國(guó)內(nèi)外礦山而言具有革命性意義。
大型半自磨機(jī)
清華大學(xué)材料學(xué)院的張弛研究員帶領(lǐng)貝鋼中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出新型貝氏體鋼鍛造耐磨襯板，解決了鑄造襯板中頻爐熔化冶煉原材料合金元素不穩(wěn)定和鑄造成型易出現(xiàn)的縮松、夾渣等問(wèn)題。研發(fā)團(tuán)隊(duì)以材料基因組的合金組織設(shè)計(jì)思路，集成了冶金、高溫?zé)崽幚砗湾懺斐尚凸に嚕谟?jì)算材料學(xué)的基礎(chǔ)上提出了全流程、全壽命鍛造襯板的設(shè)計(jì)工藝和組織設(shè)計(jì)思路，開(kāi)辟了國(guó)內(nèi)外半自磨機(jī)、自磨機(jī)襯板行業(yè)中貝氏體鍛造襯板的先河；利用精煉鋼保證原材料的穩(wěn)定性，鍛造采用自由鍛成形技術(shù)降低模鍛的生產(chǎn)成本，解決了高頻重載高沖擊下襯板變形和裂紋低壽命的難題。研發(fā)的貝氏體鍛造耐磨襯板基體硬度HRC35左右，使用過(guò)程中硬化硬度HRC45以上，極大地改變了高頻重載高沖擊下原有鑄造半自磨機(jī)襯板使用3個(gè)月出現(xiàn)變形或斷裂后頻繁停機(jī)，現(xiàn)貝氏體鋼鍛造耐磨襯板提升到180天不變形不裂紋不停機(jī)。
該項(xiàng)目于2018年啟動(dòng)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)張弛、劉文利等人先后多次在汝陽(yáng)、金川、大紅山、普朗、玉龍多個(gè)大型礦山進(jìn)行調(diào)研、交流、推廣，2020年在大紅山鐵礦8848半自磨機(jī)上裝機(jī)多次試用，截止目前已連續(xù)服役近5個(gè)月，各項(xiàng)性能優(yōu)異，超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)期，使用壽命是原鑄造襯板的2倍以上。
原鑄造成型高錳鋼襯板應(yīng)用3個(gè)月（左）和現(xiàn)用貝氏體鍛造成型應(yīng)用5個(gè)月（右）過(guò)后拆除的襯板對(duì)比。
貝鋼中心的相關(guān)研發(fā)工作起源于上個(gè)世紀(jì)八十年代的清華大學(xué)方鴻生教授、鄭燕康教授等發(fā)明的錳系空冷貝氏體鋼。近年來(lái)，在國(guó)家“973”“863”項(xiàng)目的支持下，貝鋼中心得到更高速和更大范圍的發(fā)展。高速、重載時(shí)代，鐵路系統(tǒng)的材料疲勞傷損、輞裂等安全問(wèn)題日益突出。當(dāng)前對(duì)鐵路材料輪軌服役中表層微觀(guān)組織演化理論認(rèn)識(shí)的缺乏成為了制約輪軌性能優(yōu)化的關(guān)鍵因素，貝鋼中心開(kāi)展了服役條件下輪軌接觸表層組織的動(dòng)態(tài)損傷演變機(jī)制研究，建立了多場(chǎng)耦合彈塑性有限元及斷裂理論模型，揭示了影響現(xiàn)有珠光體輪軌材料服役性能的關(guān)鍵組織因素，構(gòu)建了輪軌鋼疲勞失效基因鏈，為高性能輪軌材料組織結(jié)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。中心開(kāi)展了新型高強(qiáng)、高韌、耐磨貝氏體輪軌材料的研發(fā)設(shè)計(jì)，參與研發(fā)的貝氏體轍叉已成功應(yīng)用；參與研發(fā)的的貝氏體車(chē)輪已在列車(chē)上開(kāi)展服役實(shí)驗(yàn)。2018年，團(tuán)隊(duì)研究項(xiàng)目“高性能貝氏體/馬氏體復(fù)相高強(qiáng)鋼的研發(fā)與應(yīng)用”獲得冶金科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)。2019年，貝鋼中心與馬鞍山鋼鐵公司聯(lián)合成立“清華大學(xué)（材料學(xué)院）—馬鞍山鋼鐵股份有限公司鐵基新材料聯(lián)合研究中心”，針對(duì)軸承鋼、齒輪鋼和彈簧鋼等展開(kāi)工作。2020年貝鋼中心與北京科技大學(xué)膏體充填采礦技術(shù)研究中心成功為非洲銅礦地下1000多米礦井充填項(xiàng)目開(kāi)發(fā)出礦井專(zhuān)用貝氏體充填耐磨管，挽救非洲銅礦采用復(fù)合充填管道出現(xiàn)裂紋和堵管面臨幾百萬(wàn)美元廢井的風(fēng)險(xiǎn)。
供稿：材料學(xué)院
編輯：李華山
審核：呂婷
