帶壓開孔材料：耐磨鋼的應(yīng)用

管道在帶壓開孔作業(yè)中，隨著帶壓開孔刀的逐漸深入，被開的孔距越來越大，管道在形成時所具有的應(yīng)力被不段的釋放。其應(yīng)力的作用會促使管道壁在帶壓開孔刀內(nèi)部逐漸顯露，并開始摩擦刀壁并形成帶壓開孔內(nèi)壁的內(nèi)磨損。

而隨著帶壓開孔刀逐漸深入，刀具及鉆桿長度過大，并由于重力的原因，使刀具失去中心點(diǎn)位并向下垂壓，造成帶壓開孔刀具的外壁磨損。

這種情況會隨著帶壓開孔越來越深入而變得越來越明顯，尤其是帶壓開孔作業(yè)即將完成之時，造成的夾刀現(xiàn)象和頻次越來越多。因此，大口徑的管道帶壓開孔作業(yè)中要尤為重視這個問題。下面就磨損和耐磨兩個方面來分析：

1.磨損是帶壓開孔部件失效的主要形式之一，磨損造成了帶壓開孔機(jī)所處的液壓系統(tǒng)中能源和原材料的大量消耗，尤其是帶壓開孔設(shè)備要克服這些磨擦力，并且還要實(shí)現(xiàn)原有管道的切削作業(yè)。根據(jù)不完全統(tǒng)計，磨損占液壓系統(tǒng)能源消耗的1/3到1/2。

而帶壓開孔刀具的磨損是一種不可復(fù)原的磨損。刀壁被磨損后的橫向及螺旋式拉痕，在使用拋光工藝打磨后又可以光滑如新，但其刀壁的尺寸會損失2-10%左右，且目前國內(nèi)沒有一種較為經(jīng)濟(jì)的方法來彌補(bǔ)這些由于磨損所帶來的損失。

由此可見，提高帶壓開孔刀的耐磨性能，可以適應(yīng)延長帶壓開孔的使用壽命。開發(fā)和使用新型高性能耐磨鋼應(yīng)用于帶壓開孔刀具，以降低由于磨損造成的損失，對于帶壓開孔的發(fā)展是一件具有重要意義的工作。

1.1機(jī)械行業(yè)內(nèi)對于“磨損”尚無統(tǒng)一的定義。一般認(rèn)為磨損是物體工作表面材料在相對運(yùn)動中不斷破壞或損失的現(xiàn)象。

而對于帶壓開刀的磨損存在很多方面，若按磨損類型劃分，可分為磨料磨損、粘著磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、接觸疲勞磨損、沖擊磨損、微動磨損等大類。

在帶壓開孔施工領(lǐng)域中磨料磨損和粘著磨損在帶壓開孔設(shè)備中磨損失效中占有最大比例，而沖蝕、腐蝕、疲勞、微動等磨損失效方式由于往往產(chǎn)生在帶壓開孔機(jī)承壓和切削等一些重要部件的運(yùn)行中，應(yīng)當(dāng)引起重視。

1.2在正常的帶壓開孔工況條件下，往往是幾種磨損形式同時或先后出現(xiàn)，磨損失效交互作用呈現(xiàn)較復(fù)雜的形式。材料因素只是影響工件磨損的因素之一，要提高鋼件的耐磨性需要從特定條件下的摩擦、磨損系統(tǒng)整體著手才會取得預(yù)期的效果。

2.耐磨鋼材料分析

帶壓開孔工程中可使用的耐磨鋼種類很多，大體上可分為高錳鋼、中、低合金耐磨鋼、鉻鉬硅錳鋼、耐氣蝕鋼、耐磨蝕鋼以及特殊耐磨鋼等。

2.1一些通用的合金鋼如不銹鋼、軸承鋼、合金工具鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼等也都在特定的條件下作為耐磨鋼使用，由于它們來源方便，性能優(yōu)良，在帶壓開孔設(shè)備制造中也可以作為耐磨鋼的使用，但要依據(jù)帶壓開孔所開管道材質(zhì)和壓力來進(jìn)行不同的配套使用。

2.2帶壓開孔設(shè)備制造中嚴(yán)禁使用鑄造工藝制造承壓部件、切削部件、動力傳動部件等。因鑄造工藝天然存在著氣孔、砂眼、夾渣等缺陷，且其在鑄造過程中鋼水質(zhì)量無法保證，會在帶壓開孔施工的傳動、切削和不斷磨損的工況下，其缺陷會逐漸被放大，使部件過早失效甚至為企業(yè)帶來不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3高錳鋼也叫哈德菲爾德鋼。它是英國人R.A.Hadfield教授于1883年發(fā)明的性能優(yōu)良的耐磨鋼，屬Fe-Mn-C系奧氏體錳鋼，經(jīng)典高錳鋼公稱錳含量為13%。ISO國際標(biāo)準(zhǔn)牌號為GX100Mn13，我國國標(biāo)為ZGMn13系列，德國DIN標(biāo)準(zhǔn)為G-X120Mn13，俄羅斯國家標(biāo)準(zhǔn)為110Г13Л等。

此類型高錳鋼在強(qiáng)大的沖擊載荷和接觸應(yīng)力作用下，其表層迅速產(chǎn)生硬化，硬度可從HBS200急劇升高至400-500并有高密度位錯和孿晶相繼生成，從而產(chǎn)生高耐磨的表層，心部奧氏體卻保持著極好的韌性。就這樣硬化一層、磨損一層、次表層又被硬化，連續(xù)不斷、周而復(fù)始、層層抵抗，直至磨損到失效狀態(tài)。。

元素       超高錳鋼       作用、特點(diǎn)、要害

C     1.05~1.35      C量越高耐磨性越好，但韌性變差

Si     0.3~0.8   僅作為輔助脫氧用，越低越好

Mn  16~19    厚壁件、強(qiáng)烈沖擊時取上限

S     ≤0.04    有害元素，越低越好

P     ≤0.04    極其有害元素，應(yīng)想方設(shè)法降低

Cr    1.5~2.5   提高強(qiáng)度，但降低韌性

Mo  0.5~0.8   全面提高綜合性能，但成本昂貴

Ni    0.8~1.2   可抑制高溫脆化，適用于篦冷機(jī)錘頭

Ti    0.1~0.15 提高耐磨性，但超過0.2%變脆

Re   0.35%      細(xì)化晶粒、凈化晶界

使用耐磨鋼也不是萬能的，具有一定的條件，在使用過程中要有強(qiáng)大的沖擊力或強(qiáng)大的壓力下才能使其表面充分硬化。因此在帶壓開孔部件生產(chǎn)藝上要注意適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行改進(jìn)就可以完全實(shí)現(xiàn)其功能。具體詳細(xì)可關(guān)注百家號或下方留言。