转载《世界金属导报》

一、我国工程机械行业发展情况

工程机械行业是我国国民经济发展的重要支柱产业之一，在过去几年间发展迅速，产业规模持续扩大。作为装备工业的重要组成部分，各类工程机械设备在国防建设、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、环境保护等多个领域应用广泛。

工程机械行业作为钢材消耗大户，目前国内市场对各类钢材的需求量约600万吨/年，其中，中厚板材占50%，管材（无缝钢管和厚管）占10%，棒材占13%，热轧薄板和冷轧薄板占20%，其他钢材约占7%。

资料显示，2022年中国工程机械行业市场规模已达5万亿元。工程机械行业的繁荣除了受经济和社会发展的推动外，国家从宏观层面的政策扶持，也为工程机械工业的平稳发展提供了坚实支撑。在今年的中央经济工作会议上，明确了“坚持稳字当头、稳中求进”的总基调，结合工程机械行业“十四五”规划提出的发展目标，未来随着宏观政策调控力度增强、房地产逐步走出谷底、重大项目和重大工程相继开工、基础设施建设提速等利好因素，国内工程机械销量有望在年底筑底，结束自2021年下半年的持续走低，再次展现强劲活力。此外，疫情结束后全球各国纷纷推进经济刺激计划，促使全球工程机械需求不断加速释放，为中国工程机械激发新动能。目前中国工程机械出口聚焦在“一带一路”沿线国家和地区，且已获得较高的份额，但在北美、欧洲等大市场渗透率仍较低。未来，随着国内企业在欧美逐步打开市场，有望复制其在国内以及“一带一路”沿线地区模式，实现份额快速提升，预计我国工程机械出口规模将进一步扩大。

二、南钢工程机械用钢研发及推广情况

南钢工程机械用钢分中厚板材、棒材、线材、带钢和型钢五大类，钢种、规格全覆盖，主要应用于挖掘机、装载机、推土机、平地机、起重机、混凝土泵车、矿用车、压路机、刮板输送机、叉车、专用车辆等工程机械结构件与耐磨件。整体市场占有率行业领先，基本实现了全球50强工程机械企业直接或间接批量供货，已与多家行业头部企业达成战略合作。

南钢工程机械用钢长材研发始于2005年，并于2007年通过全球最大工程机械设备制造商美国卡特彼勒公司认证。十余年间，南钢不断加大研发及市场开拓力度，在保持传统优势的基础上不断取得重大突破，形成钢厂-加工厂、钢厂-加工厂-主机厂全产业链协同开发，产品包括棒材、线材、带钢、型钢的8大类70余个钢种，涵盖链轨节用钢、支重轮用钢、销轴销套用钢、活塞杆用钢、合金焊丝钢、弹簧钢棒线材、履带板（单齿、双齿、三齿）等。目前，特钢工程机械用钢已实现履带底盘系统、工作装置系统、车体系统的全系列突破，产品通过了卡特彼勒、徐工、三一、临工、小松、山推等知名企业认证，与业内龙头企业均保持着紧密合作。2022年，南钢工程机械用钢长材销量超20万吨，在逆势中持续保持市场占有率领先。其中，履带链轨节用钢、工程机械弹簧钢销量及市场占有率国内领先。南钢工程机械用钢获全国市场质量信用AA等级荣誉。高强合金焊丝成功应用于“世界第一吊”徐工四千吨级履带式起重机的建造中，助力大国重器，挺起中国装备的脊梁。耐磨钢带产品广泛应用于徐工、中联重科、三一重工等企业，耐磨寿命比普通的输送管寿命提高1倍以上。

三、南钢工程机械用钢集成工艺技术

因工程机械设备主要在矿山、道路、建筑施工工地等复杂环境下运行使用，对各部分零件均要求较高的稳定性，在材料的组织、淬透性、夹杂物、内外部质量等方面均有较高要求。南钢特钢事业部依托公司的研发机制保障及研发组织能力，打造系列工程机械用钢集成工艺技术，产品具备工艺技术流程最优、质量稳定、品牌认可度高、生产效率高及综合竞争力强的特点。

1. 高品质链轨节用钢设计及热处理技术

链轨节是“四轮一带”的核心部件，用于挖掘机的履带底盘系统，起到承载设备重量、实现设备行走的功能。由于施工现场大多环境复杂，链轨节服役时经常受到较大冲击载荷，对其力学性能及内部质量稳定性要求较高。

南钢结合链轨节加工制造工艺，深入调研不同用户的热处理工艺及装备，通过不同淬火介质对链轨节心部硬度、组织及裂纹敏感性的研究，设计低、中、高三种成分体系，满足不同客户对链轨节的性能需求，并分别进行不同热处理工艺调质试验，控制链轨节不开裂，同时心部硬度满足主机厂要求。实现依据用户性能需求，指导用户加工工艺及选材，推荐成本最佳的材料，提高了南钢工程机械链轨节产品的适用性，便于市场推广应用。

2 .高周疲劳弹簧钢生产集成技术

疲劳破坏是弹簧的主要失效形式，在提高弹簧的疲劳寿命方面，南钢通过对夹杂物组成控制，实现了弹簧钢夹杂物低熔点塑性化区控制，采用纯净钢生产工艺减少了夹杂物数量；开发系列专有技术控制脱碳、表面质量，结合控轧控冷工艺，实现成品表面无全脱碳、部分脱碳少，弹簧钢、汽车冷镦钢等线材的全脱碳控制为零。工程机械用弹簧钢的疲劳寿命处于行业领先水平。

3.TiN夹杂物控制技术

因含硼钢具有良好淬透性、热处理性能，已被广泛应用于工程机械零部件中。在炼钢生产过程中，为保证硼钢中的有效硼含量，降低钢液氮含量，需加入更易与氮元素结合的钛元素，但这不可避免地会使钢中生成较多的TiN。由于TiN形状多为方形、菱形、三角形，硬度极高，加工过程不能使之变形，也不能通过高温固溶，一旦材料中TiN尺寸过大，就会降低零件的疲劳寿命。因此，有效控制钢中TiN的尺寸及数量，对提高产品质量具有极大意义。

南钢技术团队通过研究钢中TiN形成机理，并优化钛合金的加入方式，提高钛元素收得率，选择合适的钛合金化时机，控制钢中钛氮积，避免大尺寸TiN夹杂形成。最终实现工程机械链轨节35MnB、销套40CrB、销轴45B钢中的氮化钛夹杂细小、弥散控制，满足了高端工程机械主机厂的高要求。

4 .高纯净含硫含铝钢生产控制技术

钢中添加的铝元素能够细化晶粒，使钢材具有良好的韧性和强度。钢中添加一定的硫元素，可利用细小的MnS夹杂物改善切削加工性能，减少刀具磨损并提升工件表面光洁度。但此类含硫含铝钢浇铸过程中难以稳定控制浇铸液面，浇铸过程中极易发生严重的水口结瘤，导致停浇，极大地提高了生产成本，同时非稳态的浇铸过程会影响连铸坯质量、钢材纯净度控制及探伤合格率。因此，提高含硫含铝钢内部和表面质量、实现高效生产、降本增益，一直是特殊钢企业关注的重点。

针对以上技术难点，技术人员通过对含硫含铝钢中非金属夹杂物数量及尺寸检测，定性分析夹杂物组成，确定连铸水口结瘤物形成机理，优化含硫含铝钢生产工艺，实现结晶器液面的稳定控制，提升稳态连浇炉数，提高钢材纯净度。系列措施实施后，工程机械含硫含铝钢连浇炉数达到10炉以上，实现B、D类夹杂≤1.5级，其中B粗≤1.0级。

5. 成分高均质化、窄淬透带控制技术

工程机械零部件多为调质处理，随着下游用户对产品性能稳定性及生产工艺一致性要求的不断提高，对钢材也提出了减小炉次间成分波动及窄淬透带控制的要求。为满足用户需求，南钢积极投入研发力量，一方面进行结晶器电磁搅拌强度、拉速及二冷工艺对成分偏析的影响研究，改善铸坯偏析；另一方面，通过精准称重、现场成分快速分析、原辅料成分精准控制、合金精准加入，实现窄成分、窄淬透带控制。优化工艺后，材低倍锭型偏析得到改善，碳分布更加均匀，材料偏析指数控制在1.05以内，淬透性带宽≤4HRC，满足用户对使用工艺及产品性能稳定性需求。

6. 低压缩比材料内部质量控制技术

对于需要直径150mm以上的大规格圆钢加工的支重轮、油缸吊耳、柱塞泵缸体等零件，难以仅通过轧制压缩比来保证材料内部质量。因此，南钢技术团队通过对开轧温度、轧制速度、道次压下量对轧材内部质量的影响研究，优化轧制工艺，使轧制加工变形渗透到铸坯中心，使铸坯内部粗大组织及疏松变为晶粒细小均匀的组织。经过工艺优化，采用5.4压缩比生产的直径190mm轧材，低倍组织疏松≤1.0级，满足超声波探伤标准及客户使用要求，成功替代进口材料。

7. 高精度轧制控制技术

随着成本压力增大，工程机械零部件厂家越来越重视材料的尺寸精度，减少机加工车削量或者锻造毛边，为用户带来的收益是十分明显的。为此，南钢经过装备升级及技术攻关，形成了一整套材料尺寸外形控制技术，包括三辊变形减定径技术、双测径轧制精度控制技术、分段式控轧控冷技术、多级保温控制冷却技术等。南钢棒材公差控制能力达到1/5DIN标准和热轧态平直度≤2.5‰。热轧态交付能够满足精锻工艺、冷锻工艺、高精度机加工工艺的标准要求。同时，三辊变形轧制技术能够实现直径公差自由尺寸轧制，实现用户加工工艺定制化要求。

8. 表面“零缺陷”控制技术

通过对二冷工艺、结晶器保护渣等连铸工艺研究，改善连铸过程铸坯各面冷却不均，优化结晶器保护渣加入、控制消耗量等，改善提升铸坯表面质量，结合钢坯精整控制技术、加热炉出炉坯料表面质量控制技术、精品包装和物流等，可将弹簧钢盘条表面深度≥0.1mm的缺陷个数控制在5个以内，表面质量水平达到国际领先水平，成功供货于多个高端用户。

四、结语

南钢始终坚持自主创新，研发投入占比保持3%以上，研发强度保持行业前三，聚集英国莱斯特大学、日邦冶金等国内外创新资源，打造形成“2+3+5”开放式高端研发平台。与钢铁研究总院、东北大学、北京科技大学、中科院金属所、英国帝国理工、瑞典国家冶金研究院等50余所国内外高校院所开展产学研合作，形成系列核心产品、核心技术，极大提升了南钢竞争力。近年来，承担国家重大项目15项，其中工业强基3项、增强制造业核心竞争力1项；获省部级以上科学技术奖52项，其中国家科技进步二等奖4项。

南钢坚持做精做强特钢，除工程机械领域外，还聚焦能源、轨道交通、船舶海工、核电风电、新能源汽车等重点领域，打造了中厚板、特钢、复合材料、特种装备材料四大精品基地。目前，109个产品达到国际领先或先进水平，52个产品获得国家及省部级重点新产品认定，多项产品实现首创、打破垄断、替代进口。