施洪慧 孫凱澤

（領(lǐng)新（南通）重工有限公司，江蘇 南通 226017）

0 前言

在現(xiàn)代的5 種運(yùn)輸方式，即鐵路、公路、航空、管道和水路運(yùn)輸中，使用船舶水路運(yùn)輸因其載重量大，運(yùn)輸成本低的優(yōu)點(diǎn)，自有它的特點(diǎn)和不可替代性。碼頭裝卸作為船運(yùn)鏈上的重要環(huán)節(jié)，其工作效率和吞吐量直接影響了該運(yùn)輸環(huán)節(jié)的流暢，而裝卸砂石、谷物等則會(huì)大量使用到裝卸料斗，這些料斗的功能、使用壽命和維修頻率等諸多因素對(duì)碼頭裝卸產(chǎn)能的大小起決定性作用。傳統(tǒng)裝卸料斗口一般使用Q345 等普通低合金鋼材，價(jià)格相對(duì)較低，但是極易磨損。 盡管磨損很少像腐蝕和疲勞破壞引起工件災(zāi)難性危害，但其造成的經(jīng)濟(jì)損失非常大，許多機(jī)械裝備因材料磨損而失效，從而導(dǎo)致停工影響生產(chǎn)。

對(duì)于磨損料斗的常規(guī)維修操作是將磨損嚴(yán)重的地方進(jìn)行火焰切割和焊接修補(bǔ)，效率低成本高，高空焊接修補(bǔ)作業(yè)還有較多的安全隱患。該文詳細(xì)描述了針對(duì)提高裝卸料斗的使用壽命、利用耐磨鋼板替代普通材料做內(nèi)襯[1]、對(duì)料斗口進(jìn)行可拆卸設(shè)計(jì)的系列改進(jìn)措施[2]。

1 裝卸料斗口鋼板磨損嚴(yán)重更換頻繁且難度系數(shù)大

砂石、谷物等散裝貨物從船舶運(yùn)輸至碼頭后，用吊機(jī)抓斗從船上吊運(yùn)到料斗中，再經(jīng)過料斗投料口裝至料斗下方的運(yùn)輸車。在運(yùn)行過程中，由于砂石等貨物與料斗口鋼板之間產(chǎn)生摩擦，時(shí)間不長(zhǎng)料斗口的鋼板就被磨損嚴(yán)重導(dǎo)致無法正常使用，需要被更換掉。尤其是裝卸砂石，更換的頻率更高。

裝卸料斗下方停有運(yùn)輸車輛，因此料斗口離地面有一定高度。更換磨損的料斗口鋼板需要人員進(jìn)行高空作業(yè)，先采取火焰切割的方式將破損鋼板割除，為防止割下的鋼板高空墜落，還需要預(yù)先在鋼板上焊接臨時(shí)吊耳，然后用吊機(jī)吊住進(jìn)行輔助配合。接著需要對(duì)切割口邊緣進(jìn)行光滑打磨，再根據(jù)割除后的大小形狀準(zhǔn)備新的替換鋼板，一般面積較大。然后再用吊機(jī)吊至修補(bǔ)替換位置進(jìn)行裝配焊接。因高空裝配焊接難度系數(shù)大，需要多人同時(shí)共同配合才可以進(jìn)行此修補(bǔ)工作，極大地增加了維修成本，維修工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也很大。加上裝卸料斗一般都是設(shè)置在碼頭露天環(huán)境，室外岸邊工況惡劣，導(dǎo)致焊接質(zhì)量差，直接影響了料斗的使用壽命。

2 耐磨鋼板與普通鋼板的性能分析及料斗口易損部位替代材料的選擇

綜上所述，裝卸料斗使用工況惡劣，這就對(duì)使用的材料提出了較高要求，不僅需要一定的強(qiáng)度、抗沖擊、耐腐蝕等性能，尤其對(duì)于易磨損部位，還需要有較強(qiáng)的耐磨損能力，而傳統(tǒng)的普通鋼板已經(jīng)不能滿足這些要求。如何選擇合適的材料用于料斗的易損部位成了關(guān)鍵，在多項(xiàng)性能指標(biāo)中耐磨性能是最需要保證的。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，耐磨材料因其耐磨性高被越來越廣泛地應(yīng)用到了船舶、礦山等機(jī)械設(shè)備中，其中耐磨鋼板既具有類似于普通鋼板的機(jī)械和工藝性能，又具有較高的耐磨性[1]。

一般來說，硬度越高，鋼材的耐磨性也越高，故常將硬度值作為衡量材料耐磨性的重要指標(biāo)之一。鋼材的硬度與其化學(xué)成分、基體組織、合金元素、晶粒大小及冷熱加工狀態(tài)等相關(guān)[3]，而所謂的耐磨鋼板就是在普通碳鋼的基礎(chǔ)上，加入2%～3%的合金提高其淬硬性，通過調(diào)質(zhì)處理獲得馬氏體或貝氏體組織，從而獲得較高的硬度以抵抗磨損。1）化學(xué)成分方面。含碳量是鋼能夠提高硬度的物質(zhì)基礎(chǔ)，含碳量越高，能達(dá)到的硬度也越高。2）基體組織方面。馬氏體是鋼的各類組織中硬度最高的組織，其次是貝氏體、珠光體、奧氏體、鐵素體。而且馬氏體中過飽和固溶的碳越高，則硬度也越高。3）合金元素方面。碳化物形成元素越多，形成的碳化物也越多，硬度也就高。4）晶粒方面。組織越細(xì)，硬度越高。5）冷熱加工狀態(tài)。有加工硬化、容彌散強(qiáng)化、沉淀硬化等均能夠提高硬度。

從表1 可以看出在含碳量接近的Q345B 和XAR400 中，硬度與Si、Cr 的含量成正比；XAR400 和XAR600 的Si 含量不變，隨著C 和Cr 的含量增加，材料硬度顯著上升。但合金的增加同樣會(huì)提高鋼材的成本，耐磨鋼板的價(jià)格比普通鋼板要昂貴許多，我國(guó)在耐磨鋼的開發(fā)方面起步較晚，目前我國(guó)還在大量進(jìn)口此材料。從保證其耐磨又經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，考慮選用XAR400 型耐磨鋼板替換Q345B 材料，用于料斗易損部位，而料斗的其他結(jié)構(gòu)仍采用類似Q345B 這樣的普通低合金材料。

3 耐磨鋼板與料斗其他結(jié)構(gòu)的連接方式設(shè)計(jì)

在選擇好用耐磨鋼板XAR400 替代Q345B 使用于料斗易損部位之后，就需要開始考慮料斗上耐磨鋼板與普通碳鋼間的連接方式。

表1 Q345B 鋼板和德國(guó)蒂森XAR400、XAR600 耐磨鋼板化學(xué)成分（%）對(duì)比表

一種方法是仍然采用傳統(tǒng)的焊接模式，在料斗上易磨損部位使用耐磨鋼板，再與其他部位的普通鋼板進(jìn)行焊接。由于XAR400 耐磨鋼因其含碳量高，Cr、Si 等合金元素也高，與Q345B 碳當(dāng)量相差很大，2 種材料焊接接頭很容易出現(xiàn)裂紋等缺陷[4]。另外，盡管耐磨板抗耐磨性能較普通鋼板高許多，使用耐磨板可以提高料斗的使用時(shí)間，降低了磨損，但耐磨板使用時(shí)間久了還是會(huì)有磨損，然后仍需要重復(fù)之前的挖補(bǔ)修復(fù)工作，室外碼頭環(huán)境更不利于耐磨鋼板的焊接修補(bǔ)。

為了既能滿足料斗易損部位的抗磨損需求，又要保證以后的修補(bǔ)更換方便，需要突破傳統(tǒng)模式。我們可以考慮采用將耐磨鋼板作為料斗口的內(nèi)襯，在普通鋼板上覆蓋耐磨板，并以螺栓連接的方式代替焊接的方式[2]，如圖1 所示。

圖1 對(duì)耐磨鋼板與普通基礎(chǔ)底板間的連接螺栓采用了沉頭設(shè)計(jì)，低于耐磨板，這樣可以減少螺栓頭的磨損。為了方便后期的修理，再將耐磨內(nèi)襯板設(shè)計(jì)成各自分離的小塊，可單獨(dú)與基礎(chǔ)底板以螺栓進(jìn)行連接，如圖1 所示的方格區(qū)域。此種設(shè)計(jì)方式可快速對(duì)料斗口磨損嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行耐磨內(nèi)襯板的更換，輔助人力物力也較少，提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也極大地降低了維修成本。

圖1 耐磨鋼板內(nèi)襯料斗結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

以耐磨鋼板代替普通鋼板用于裝卸料斗可降低磨損，提高使用壽命。由于耐磨鋼板價(jià)格昂貴，在料斗易磨損區(qū)域局部使用，其他部位仍用普通材料，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，性價(jià)比高。受含碳量高及一些合金元素的影響，耐磨鋼板的焊接性能差，尤其是與普通鋼板之間的異種鋼焊接易產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷，在碼頭戶外工況惡劣下不適宜采用焊接方式連接。采取以普通鋼板作料斗基礎(chǔ)底板，再配以耐磨鋼板作內(nèi)襯，以螺栓連接的方式可以避免焊接缺陷，又能提高料斗的抗磨損要求。螺栓采用沉頭方式，可有效減少磨損，提高使用壽命。內(nèi)襯耐磨鋼板以分離式小面積形式將螺栓與基礎(chǔ)底板連接，可以降低安裝維修難度，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，降低維修成本。