工程机械用钢应用现状和发展前景

宋鹏

徐州徐工基础工程机械有限公司 江苏 徐州  221004

摘要：大型化和轻量化产品是工程机械的主要发展方向，目前工业生产和经济建设提高了高强度钢的应用比例及质量要求。当前，我国工程机械用钢的研制发展迅速，但行业标准并不统一，不同企业在品种研发及产品质量上仍存在一定差异。基于此，本文详细论述了工程机械用钢应用现状和发展前景。

关键词：工程机械用钢；现状；发展前景

近年来，以高强度焊接钢为代表的高强度低合金钢材需求不断增加，应用前景广阔，工程机械用钢是其中的代表，钢板的焊接性、生产工艺、强韧性都得到了极大提高，与采油平台、高层建筑和道路桥梁用钢具有共通处。钢铁企业应根据市场应用需求，构建共性研发平台，提高低合金高强度钢产品钢研发水平。

一、工程机械概述

工程机械是装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。它主要用于国防建设工程、交通运输建设，能源工业建设和生产、矿山等原材料工业建设和生产、农林水利建设、工业与民用建筑、城市建设、环境保护等领域。

二、国内工程机械用钢发展

1、60千克工程机械用钢。60千克工程机械用钢主要用于工程结构和煤机制作等行业，如大型推土机底板、汽车起重机液压支架、挖掘机底板和液压支架等。

目前，鞍钢、舞钢、武钢、济钢等等企业能大量生产60千克工程机械用钢，不同钢铁企业生产工艺不同，主要表现在厚度规格和组织形态上。例如，济钢的JG590厚度小于30mm，采用TMCP工艺热轧交货；鞍钢HQ590DB通过流冷却和贝氏体组织形态交货。

2、70千克工程机械用钢。70千克工程机械用钢主要用于工程机械、军用舟桥、起重机吊臂和煤矿液压支架。目前，国内能生产加工70千克工程机械用钢的钢铁企业有武钢、舞钢、鞍钢、济钢等。1998年，武钢研制了700MPa级高强度低碳贝氏体钢DB685，通过微合金化(如Mb和B)、控轧控冷技术及弛豫控制析出原理，形成具有高密度位错的低碳贝氏体组织，以提高钢铁整体强度。采用超低碳及低P、S含量夹杂物控制技术，提高焊接性能和韧性。在实际生产中，结合生产工艺和设备，可生产出3～18mm热连轧卷板和10～50mm中厚板钢。

3、80千克工程机械用钢。80千克工程机械用钢主要用于大型电铲、推土机铲斗、起重机吊臂和钻机。目前，国内能生产80千克工程机械用钢的钢铁厂家包括宝钢、武钢、鞍钢、济钢等。

武钢800MPa级焊接高强度结构用钢板HC80采用LF和RH真空处理技术，以降低钢中P、S含量和夹杂物。控轧控冷、弛豫控制析出原理、微合金强化工艺用于提高钢板整体强度。

济钢80千克低碳贝氏体钢JG785DB采用铁水脱硫技术降低钢中硫化物杂质，采用AI脱硫和Ca处理钢中氧化铝杂质，提高钢水洁净度。

4、100千克工程机械用钢。目前，济钢、鞍钢、宝钢等国内钢铁企业可生产加工100千克工程机械用钢，但只有宝钢、鞍钢能批量生产100千克工程机械用钢，且合格率低。

三、国内供应厂家生产现状

目前，高强度工程机械用钢是国内钢铁制造商主要竞争领域，宝钢、鞍钢、武钢、济钢、首钢等钢铁企业开发了60kg及以上不同级别高强度工程机械用钢。然而，国内工程机械用钢缺乏统一标准，每个钢铁企业按自己的生产标准加工制作，牌号杂乱。与国外相比，我国工程机械用钢研发力度还远不够。

宝钢、鞍钢、武钢、首钢等国内钢铁企业已开始开发和生产工程机械用钢，从开发强度、级别、销售规格、品牌影响力等方面来看，宝钢、武钢、鞍钢、济钢、首钢均处于领先地位。

此外，近年来，济钢、湖钢、南钢等钢铁企业也加快了工程机械用钢品种的开发，采取了灵活的营销策略，产品级别和产量显著提高。济钢在工程机械用钢产量和品种等级得到了迅速提高，形成了具有自主知识产权的特色产品和生产技术。

四、工程机械用钢市场发展

1、性能要求

①倔强比小。一般来说，工程机械用钢必须能承受较大载荷，载荷有多变特点，在巨大变形载荷下，钢板的塑性必须统一。钢板的塑性变形能力与钢板倔强比成正比，倔强比小，变形量大。当倔强比过大时，局部发生大规模形变时，可能发生过载失稳。在这一原理下，钢板倔强比越小，稳定性越强。随着我国工业的发展，未来工程机械用钢的强度将不断提高，钢板倔强比将进一步提高，变形量将进一步减小，但这将影响使用配件时的安全性。因此，必须科学合理地协调强度，准确控制钢板韧度和塑性。

②提高韧塑性。随着工业发展和社会建设需求，钢板性能呈现出多样化特征，提高了对钢板的要求。然而，总体能概括为强度和韧塑性，两者相互矛盾。长期以来，技术人员在生产中总结和使用了提高强度、降低韧塑性的经验，钢铁加工中的质量问题和实际应用中的事故直接关系到钢板的韧塑性。随着国家现代化的不断发展，工程机械的应用范围将进一步扩大。工程机械的运行环境越来越复杂和苛刻，并将进一步提高工程机械用钢要求。工程机械用钢韧性和塑性是一项重要性能指标，优异的韧性和塑性能有效缓解外部变形引起的内应力，保证工程机械在各种环境下的顺利运行，延长工程机械使用寿命。在工程机械用钢研发中，可通过减少碳数量、净化杂质、轧制管理等来提高工程机械用钢的韧塑性。

③提高焊接性能。工程机械用钢规格通常较大，因此焊接部位相对较多，焊接端部常存在一些小裂缝或夹杂，这将严重影响焊接机械用钢韧性。对于工程机械，必须具有良好焊接性能。目前，工程机械用钢在焊接后常出现冷裂痕，导致热影响区软化，同时在焊缝处发生硬淬，这对焊接端部韧性有负面影响。一旦在大载荷下，极易开裂。此外，避免焊后热处理能显著缩短工程机械生产周期，节约生产成本。控制钢材中的成分和组织材料能有效提高工程机械用钢的焊接性能，优良的焊接性能是促进工程机械用钢和减轻工程机械重量的重要标准。

④确保疲劳性能。尽管在工程机械中使用高强度钢在极限应力、屈服应力等方面具有显著优势，但它可基于整体强度优势提高承载力。然而，高强度钢的疲劳、屈服强度和极限强度无关，疲劳强度较弱。在屈服状态下，高强度钢塑性储备弱，会对疲劳抗力产生一定影响，进而对钢板造成损伤。工程机械中钢板的焊接不可避免地会带来一些焊接问题，这将对工程框架的整体结构强度和配套性能产生负面影响。可见，工程框架失效的一个重要原因是疲劳损伤。当前也得到了广泛研究和关注，保证工程机械用钢的抗疲劳性能是延长工程机械使用寿命的基本条件和前提。

2、发展建议

①把握发展前景，实现品类创新升级。从长期来看，国内工程机械行业已进入中长期提高阶段，持续增长是未来发展的必然趋势，所以发展前景广阔。未来很长一段时间内，工程机械将成为钢材市场的主要消费者之一。通过对近年来我国工程机械用钢情况的分析，可发现，焊接高强度钢的需求呈上升趋势，对钢板强度等性能指标的要求也在提高，这对钢铁企业的开发适应性是一项考验。新时代，钢铁企业要适应时代发展，掌握工程机械产品的规模化、现代化研发能力，在产量增加的基础上提高钢板强度等级等性能指标，为进一步融入工程机械用钢市场奠定良好基础。

②种类发展建议。基于上述分析，我国钢铁企业应加强Q800级及以上高等级钢种类，提高质量标准，加强厚、薄尺寸工程机械用钢的研发，尽快实行批量生产，以满足国内工程机械用钢供应，摆脱对进口的依赖。

此外，根据客户对工程机械用钢无焊后预处理焊接技术要求，应增加工程机械用钢焊缝敏感性的研发。目前，采用先进技术研发的低碳贝氏体钢品种韧性和焊接性能显著提高，倔强比在适当范围内，受到市场广泛欢迎。

参考文献：

[1]何建中.钢结构用钢及钢结构产品的发展与应用[J].包钢科技，2018(03):1-8+12.