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1、低合金高强度钢在轮式起重机上的应用中国工程起重机公 司浦耀伦随着现代工业的迅速发展,轮式起重机也日趋大型化、高参数化、轻量化。近年来,国内外有关研究单位、制造厂,为了减轻起重机的自重,提高起重性能,保证起重机高效可靠地工作,不但注意采用现代化的设计理论与方法,采用先进的生产与工艺手段,而且对轮式起重机的重要金属结构件,如 吊臂、转台、底架、支腿等,采用低合金高强度 钢也十分重视。本文对低合金高强度钢在轮式起重机上的应用,作一简略的探讨。一、国外现状低合金高强度钢,简称高强度钢,包括普通低合金结构钢和其他一些优质低 碳低合 金钢,其合金元素的总含量不超过,一般在以下。目前,各国对低合金高强度钢的
2、叫法是不一致的,美国称为高强度低合金钢,英国称为低合金可焊接钢,西德称为高强度焊接结构钢,日本称为高张力钢,苏联、法国则称为低合金建筑钢。对这类钢的命名虽各不相同,但都不同程度地 反映了这类钢的共同特点,即低碳、低合金、高强度、高韧性、良好的焊 接 性和耐腐蚀性、较高的冲击韧性室温、低温状态、较低的时效敏感性,并且通常以型材、板、带、管等形式直接交货使用。目前,国外轮式起重机上应用高强度钢已相当普遍。国外制造析架式吊臂、底架和转国外轮式起皿机上采用的高强度钢。一。镇一簇簇镇一攫。一丁成。簇镇一。簇提一簇。簇撼一镇。一镇。一镇。一一,。一一合,一般采用屈服点在公斤毫米以上的高强度钢,个别析架式吊
3、臂甚至也有采用屈服点达公斤 毫米,的高强度钢而对于伸缩式吊臂,则一般采用屈服点为公斤毫米的高强度钢【。表是目前国外轮式起重机上采用的高强度钢的化学成分和机械性能。以下 仅简略介绍工、工钢,一钢和一钢在轮式起重机上应用的情况、工钢的屈服强度为公斤毫米,在美国格鲁夫公司的轮式起重机吊臂上应用较广泛。为 了解决起重机伸缩臂自重过大的缺点,格鲁夫公司除了将吊臂设计成独特的梯形截面外,还采用工、工钢薄板制作吊臂的腹板,在腹板上做出大量圆孔以减轻重量,在孔边镶圈以加强刚性,在孔之间加横向加强筋,使整个伸缩式吊臂的结构型式接近于析架。一一钢是 西德生产的一种细晶粒特殊调质的低合金高强度结构钢,该钢在西德哥特
4、瓦尔德、利勃海尔的化学成分和机械性能、仁”、”、德马克、福恩以及芬兰洛科莫等公 司应用十分广泛。西德哥特瓦尔德是以生产大、中型轮式起重机为主的公司。在年该公司曾为英国试制了一合一型液压伸缩臂式汽车起重机,其起重量为吨。为了降低底盘的自重,提高底架抗弯、抗扭的能力,该公司选用了福恩公司用一一钢制成的专用底盘,并 且 在吊臂上也采用 了一一钢,吊臂形式为八边形截面。一钢是日本新日本制铁所生产的可焊高强度钢。该钢含碳量低,冲击韧性、焊接性能均良好,而且强度系列完整,便于制造厂在不同吨位的起重机上选用。为了弥补由于含碳量降低而使钢板淬透性变差的缺陷,该钢在冶炼过程中,分别适当地添加了微量元素,如硼、铬
5、、铂、钒等,以提高钢材的强度与耐磨损性。由于一钢具 有强度高、综合机械性能好、时效倾向小等特点,加之价格适宜,因 而日本各轮式起重机制造厂,如加藤、多田野等,在 吊臂、转台、支腿上几乎都表成分机械性能。一屈服点延伸率八八勺曰脚脚九八了。,。内山通二,且,五。镇镇镇成。镇镇镇。抗拉强 度一一采用此钢。较常用的钢号有一、,相应地屈服强度为、公斤 毫米,。其中一、是热轧型高强度结构钢,具有良好的机械性能和焊接性能,焊前不必预热,既节省了能源,改善了劳动强度,又提高了产品质量,价格也便宜,故在日本是较有发展前途的起重机用钢。由于国外在高强度钢的应用与研究方面给予了高度的重视,因此促进了轮式起重机不断地
6、向大型化、高参数化、轻量化发展。目前,国外正在研制一吨液压伸缩臂式汽车起重机。二、国内现状我国轮式起重机上应用高强度钢,尤其是常用 的国 产高强度韧的成簇镇成镇簇成镇成簇簇镇。板簇。镇簇簇簇毛成弓簇成一一应用国产的高强度钢的历史不长。从五十年代末到六十年代,由于当时国产高强度钢的品种不多,加上设计、制造轮式起重机的能力也比较有限,因此主要是应用钢制造吨的小吨位轮式起重机。自七十年代以来,随着我国冶金工业的进一步发展,国产高强度钢的品种、规格、数量的逐渐增多,国内轮式起重机得到了迅速 发展。目前,国内已能生产化学 成分 和机 械 性能以卜吨轮式起重机近三、四十个品种,其中长江起重机厂正在研制国内
7、最大型的液压伸缩臂式汽车起重机,起重量为吨。据初步统计,国内轮式起重机行业,每年耗用高强度钢约二万吨,其中主要应用的钢号见表。几种普通高强度钢的应用国内轮式起重机上应用的普通高 强 度钢有、,主要是表爪一曰节一一。一石咋山勺,口一曰户卜一一一刘声,、一一工卜才匡闷以以夕一,、月以 以以闷比、甲卜、自工一心比一气一一一一匕比一,一。一。一“, ,勺,口介怪几口一,一犷一,夕一,龟矛龟。 电一一口龟一八了一孟一一,一口匕一一一一一一司以一一一一名比一一一、卜巧勺勺自一一一勺曰,刁通,上,书一,一有土,一分机口 其他 二,械口厚板镇成镇簇簇镇簇钱异簇提乏燕乓、微量李一一一铁素体一珠光体型钢,其屈服点
8、为公斤毫米,薄钢板一般以热轧状态供货,厚度大于毫米的钢板,则以正火状态供货。是目前用量最大的一种高强度钢。该钢冶炼、轧制工艺简单,价格低廉,综合机械性能、焊接性、冷弯性均良好,时效脆化敏感性及低温脆性较低,可在一温度范围内使用。目前小 吨 位 轮 式起重机的吊竹、转合、底架、支腿等金属结构件,主要采用此钢。是近期在起重机吊臂上应用较多的一种高强度钢,该钢综合机械性能 与相差不多,但含有的钦,能细化晶粒产生沉淀强化作用,因此提高了钢的强度与韧性,减少了时效脆性,并改善了焊接性。表是钢在部分轮式起重机上应用的情况。是在基础上加人少量氮。,以形成产生细化晶粒及沉淀强化作用的而发展起来的高强度钢,该钢
9、以正火状态供货。金相观察表明,呈明显带状组织,晶粒度为级。由于该钢强度较高,因而在一定程度上降低了钢的韧性,在焊接施工或冷弯成形中,如果工艺方法处理不当,往往易使构件产生裂纹。表是钢在部分轮式起重机吊臂上的应用。是武钢为汽车制造行业研制的一种高强度钢,该钢采用控制轧制,板材综合机械性能、焊接性、冷弯性均良好。北京工程机械工业公司与日本多田野公司合作 生 产的型伸缩臂式汽车起重机,其副臂就是采用此钢。上述几种普通的高强度钢所配用的焊接材料,有关文献已有专述,此处就不再赘述 了。仍柏结构用铜的应用近些年,在我国大、中型轮式起重机上,国产船舶结构用钢的应用也日益广泛,其中较常用的钢号有、是在基础上发
10、展起来的高强度钢。该 钢含 有 微量的钒,能钥在部分轮式起重机上的应用主要应用的部件,。造表起重机 型号单位吊臂底架吊臂吊臂吊臂底架 支腿吊臂 转台支腿吊臂转台 支腿吊臂支腿吊臂支腿吊臂吊臂吊臂底盘支腿吊臂吊臂车架吊支腿臂长江起重机厂徐州重型机械厂长江起重机厂湖北建筑机械厂锦州工程机械工业公司北京工程机械工业公司北京工程机械工业公司泰安起重运输工业公司浦沉工程机械厂哈尔滨工程机械厂长江起重机厂徐州重型机械厂湖北建筑机械厂哈尔滨工程机械厂徐州重型机械厂哈尔滨工程机械厂产生第二相沉淀强化与细化晶粒作用,故比屈服点高,加人的 稀 土 元素,使钢的室温与低温韧性得到了进一步的提高,在。正 火后,综合机
11、械性能最好,因此钢是以正火状态供货的。长江起重机厂在、型汽车起重机的伸缩臂上曾应用过此钢。为了使钢能满足国内中型吨位轮式起重机金属结构件的需要、目前有关研究单位与工厂,正在进行一系列工艺适用性的试验研究,其中北京机械工业公司已将此钢用于、型伸缩臂式汽车起重机的支腿。在部分表轮式起皿机吊, 上的应用起重机型号吊臂截面形式制造单位徐州重型机械厂徐州重型机械厂长江起重机厂北京工程机械工业公司徐州重型机械厂一一、及钢是含有多种合金元素的高强度调质钢,该钢常温组织为索氏体,因此具有较高的屈服点,良好的冲击韧性及耐腐蚀能力等综合性能。但这类钢塑性稍差,在焊接施工或冷弯成形中应采取适当的工艺措施。目前,国内
12、大吨位轮式起重机的吊臂、底架、支腿等重要金属结构件,如长江起重机厂生产的、型伸缩臂式汽车起重机的吊臂、底架,主要采用此类钢。虽然国内一些制造厂对应用此类钢已有了一些成熟的经验,但鉴于钢材和焊接材料的生产工艺复杂、成本昂贵,我们认为是不宜推广的。表是上述几种较常用的船舶结构用钢所配用的部分焊接材料。久的高强度钢的应用近年来,国内轮式起酬七制 造 厂对应用的 高强度钢,在结构设计与工艺制造上都积累了一些经验,目前主要应用的国产钢号有、。是重钢研制的,其屈服点,热轧为公斤级,调质为、公斤级的高强度结构钢 钢代号为、。该钢的特点是资源立足国内,钢材成分均匀,偏析小,实际晶粒细,强度高,耐磨,耐冲击,并
13、具有良好的综合机械性能。国内有关重型汽车制造厂用此钢制造了大型翻斗车的翻斗底板、大梁、桥壳,使用结果表明,寿命比提高四倍。由于该钢强度高,能满足大吨位起重机设计要求,因此长江起重机厂用此钢,氏焊制了型伸缩臂式汽车起重机的吊臂、底架、支腿。浦源工程机械厂的型伸缩臂式汽车起重机的吊臂、底架也曾用过此钢。但此钢焊前需要预热,如果预热温度控制不当,则易产生焊接裂纹,特别是延迟裂纹。另外该钢有时冷弯中易产生压裂现象,故冷弯性能尚需进一步改善。由于焊缝硬度高,因此在板料拼接时,对坡口挑根和焊缝打磨上存在一定的困难。该钢目前配用的手工电焊条为四川自贡中国电焊条厂生产的一型用于、,结型和一型用于。是鞍钢正在研
14、制的一种新的高强度钢,该钢在冶炼过程中,由于采用了一些较先进的工艺、因而对均匀成允、纯净钢质、改善性能,均起到了良好的效果,其屈服强度可达到、公斤 毫米。锦州工程机械工业公司、长江起重机厂先后在型伸缩臂式汽车起重机的吊臂上试用过此钢。但该钢焊前需要预热,且冷弯成形中,工件易发生压裂现象,因此在焊接性能与冷弯性能上尚需进一步改善。该钢 目前配用的手工电焊条为河北保定八一电焊条厂生产的新结型。三、效果分析轮式起重机的自重是衡量起重机设计、工艺、生产和材料水平的综合指标。因此在设计几种较常用的船舶结构用铜的焊接材料【表钢钢种牌号号焊接钢种种手工焊焊条牌号号埋弧自动焊与半自动焊焊气体体牌牌牌号号号号号
15、号号号号号号号号号号号号号号号保护焊焊丝丝焊焊焊焊焊丝牌 号号焊剂牌号号号上焊,上焊一船焊一,上焊,上焊一船焊一一上焊,上焊上焊一上焊,上焊一一时,除应保证起重机各项性能指标外,还应设法降低 自重。轮式起重机的吊臂、转台、底架和支腿等金属结构件,其重量通常要占整机重量的一半以上,就伸缩式箱形吊臂而言,其重量一般占整机重量的,大型轮式起重机则占以上。据有关文献”介绍,当起重机工作幅度较大时,每减轻吊臂自重吨,则可以提高起重量公斤,特别是对于长吊臂,在大幅度工作时,起重量不到吊臂自重的对析架臂或对伸缩臂,当吊臂 自重减轻吨时,起重量可分别提高吨或吨。因此选用高强度钢来减轻金属结构件的自重,提高起重
16、量,是促使轮式起重机向大型化、高参数化、轻量化发展的重要途径。由于在轮式起重机上采用了高强度钢,不但使金属结构件的重量大大下降,而且也减少了底盘的轴数及长度,使起重机在公路、施工现场上行驶更加灵活机动,同时随着钢材耗用量的减少,相应地也使起重机制造成本有所减少。近年来,随着我国轮式起重机的发展,低合金高强度钢的应用日益增多。我们认为,轮式起重机的设计,应该根据用户的不同要求和当前的实际工业水平,在满足轮式起重机各结构件的强度、刚度、稳定性及其他各项设计指标的情况下,合理地选用不同等级 的 高 强度钢。也就是说,既要力求减轻结构件的重量,提高整机性能,又要防止结构的局部失稳既要积极选用强度等级较高的钢材,又要防止单纯追求减轻重量,给生产工艺增加不必要的复杂程度,造成财力、物力上的浪费。四、存在的问题为了加快高强度钢在轮式起重机上的合理应用,一方面要加强高强度钢在强度等级、品种、规格的系
