帶壓開孔材料：耐磨鋼的應用

管道在帶壓開孔作業中，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力被不段的釋放。其應力的作用會促使管道壁在帶壓開孔刀內部逐漸顯露，并開始摩擦刀壁并形成帶壓開孔內壁的內磨損。

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即將完成之時，造成的夾刀現象和頻次越來越多。因此，大口徑的管道帶壓開孔作業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所處的液壓系統中能源和原材料的大量消耗，尤其是帶壓開孔設備要克服這些磨擦力，并且還要實現原有管道的切削作業。根據不完全統計，磨損占液壓系統能源消耗的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，且目前國內沒有一種較為經濟的方法來彌補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，可以適應延長帶壓開孔的使用壽命。開發和使用新型高性能耐磨鋼應用于帶壓開孔刀具，以降低由于磨損造成的損失，對于帶壓開孔的發展是一件具有重要意義的工作。

1.1機械行業內對于“磨損”尚無統一的定義。一般認為磨損是物體工作表面材料在相對運動中不斷破壞或損失的現象。

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。

在帶壓開孔施工領域中磨料磨損和粘著磨損在帶壓開孔設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生在帶壓開孔機承壓和切削等一些重要部件的運行中，應當引起重視。

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，磨損失效交互作用呈現較復雜的形式。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、磨損系統整體著手才會取得預期的效果。

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構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，性能優良，在帶壓開孔設備制造中也可以作為耐磨鋼的使用，但要依據帶壓開孔所開管道材質和壓力來進行不同的配套使用。

2.2帶壓開孔設備制造中嚴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帶來不可挽回的經濟損失。

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年發明的性能優良的耐磨鋼，屬Fe-Mn-C系奧氏體錳鋼，經典高錳鋼公稱錳含量為13%。ISO國際標準牌號為GX100Mn13，我國國標為ZGMn13系列，德國DIN標準為G-X120Mn13，俄羅斯國家標準為110Г13Л等。

此類型高錳鋼在強大的沖擊載荷和接觸應力作用下，其表層迅速產生硬化，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，連續不斷、周而復始、層層抵抗，直至磨損到失效狀態。。

元素       超高錳鋼       作用、特點、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，應想方設法降低

Cr    1.5~2.5   提高強度，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，適用于篦冷機錘頭

Ti    0.1~0.15 提高耐磨性，但超過0.2%變脆

Re   0.35%      細化晶粒、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大的沖擊力或強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藝上要注意適當地進行改進就可以完全實現其功能。具體詳細可關注百家號或下方留言。