钎具产品研究概况

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钎具即用来钻凿坚硬的岩石时所使用的工具，是由钎头，钎杆，连接套筒以及钎尾构成的与液压凿岩机配合一起使用的细长杆件系统。钎具主要多应用于开采矿产、石油资源，建设桥梁、隧道、地铁及水利水电设施等项目工程中。钎具的发展，具有一个非常漫长的过程。它是随着材料科学和采矿科学技术的发展而逐渐发展起来的。凿岩机的工作效率越来越高，与之配套使用的钎具产品的要求也越来越严格。这就促进了现代合金钎钢、高寿命钎具的产生。高品质钎钢、钎具的发展，又推动了高频率大功率液压凿岩机的发展。

随着我国经济建设的快速发展，矿产资源的开采、能源交通设施的建设以及地铁城市建设，都离不开凿岩钎具。特别是一些重点项目的建设，施工作业困难，而且对工程质量的要求又高，因此对凿岩钎具的使用性能更是充满的挑战。国外工业发达国家对凿岩钎具的发展非常重视，几十年来，投入了大量资金进行了材料和工艺的研究和开发，取得了显著成果。我国钎具产品发展较比西方工业发达国家滞后很多，存在很多问题，例如产品结构不合理，高端液压凿岩设备及配套的钎具大多通过进口国外先进的产品，而低端产品在国内却面临着产能过剩的问题，价格低廉，含金量低，在世界范围内没有竞争力。与国际著名的钎具生产企业相比，例如瑞典的Ｓａｎｄｖｉｋ、Ａｔｌａｓ　Ｃｏｐｃｏ公司、Ｓｅｃｏｒｏｃ公司Ｂｏａｒｔ　Ｌｏｎｇｙｅａｒ公司、日本三菱、古河等，国产钎具在使用性能、产品质量、规格及服役寿命等方面仍存在着相当大的差距。因此，对于国内许多重要项目的施工，相关部门为保证施工进度和工程质量，凿岩机械及配套钎具大多依赖进口。因国产材料比进口材料价格方面便宜，并且大大减少了运输和报关等多个环节，如果能够采用国产材料替代进口材料，能够给企业及工程项目带来可观的经济效益。同时为国家节约外汇，具有良好的综合效益。

近些年国内许多研究材料的专家学者从不同的角度对我国自己生产的钎具产品进行了相关的研究。在热处理工艺方面：我国广西冶金研究院的黄畅和张鸿云试制的３０Ｃｒ２Ｎｉ４ＭｏＶ钢钎尾，经过一系列热处理改进后，实地应用考核得到的数据显示其平均寿命可以达到８６０ｍ／件，较国内目前常规处理的３５ＣｒＭｏＶ钢钎尾寿命提高４０％以上，接近于瑞典Ａｔｌａｓ公司钎尾产品的寿命１０００－１２００ｍ。我国邵红红，蒋小燕，张道军选用４０ＣｒＮｉＭｏＡ试制钎具产品，并应用超声疲劳试验技术，对三种不同微观组织状态的４０ＣｒＮｉＭｏＡ钢在超声振动载荷（ｆ＝２０ｋＨｚ，Ｒ＝－１）下的疲劳性能进行测试分析。结果证明：在超声振动条件下，具有强韧配合的微观组织超声疲劳寿命得到显著提高。且在低应力水平下，回火索氏体的疲劳寿命比回火屈氏体高。湘潭大学洪振声和尹付成以提高钎尾韧性为目的，提出了“复合强韧化处理”的方法，即渗碳＋高温回火＋等温淬火＋低温回火处理，对制造钎尾的材料２２ＳｉＭｎＣｒＮｉ２Ｍ０Ａ钢原先的热处理工艺进行改进优化，最终获得的组织为下贝氏体＋淬火马氏体＋少量残余奥氏体，从而增韧。

湖北田野钎钢钎具有限责任公司与湖北工业大学共同研究表明：２３ＣｒＮｉ３Ｍｏ钢在８２０〜８６０°Ｃ油淬具有较好的强韧性，可以作为２３ＣｒＮｉ３Ｍｏ钢试制钎具的最终热处理工艺。中国科学院金属研究所赵长有教授对国产Ｓｉ－Ｍｎ系列钎具钢种２４ＳｉＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ的性能进行了详细的实验分析，低合金超高强度钢２４ＳｉＭｎＣｒＮｉ２ＭｏＡ，平均强度１４００ＭＰａ，最大抗拉强度能够达到１５４０－１６８０ＭＰａ，并且具有很高的抗冲击吸收功和较低的缺口敏感性及良好的延伸率。

这些学者在钎具国产化方面进行的研究，为后续凿岩工具开发研究人员，提供了重要的参考和有意义的数据。中国凿岩钎钢钎具行业正在不断地发展，我们要多学习国外先进加工制造技术，做好对进口钎具产品的研究工作。并结合国内的应用现状，研制出性能质量更优的钎具产品，以提高其在全球市场上的竞争力为目的进行不懈的科研研究，为世界发展中国家的国民经济建设，提供更多更高效的经验成果。

一、国外的发展和现状

二十世纪３０－５０年代凿岩机械和凿岩钎具在欧洲和美国得到了迅速发展，６０年代钎钢冶炼和轧制技术又在日本得到了进一步的提高。西方工业发达国家非常重视凿岩设备和凿岩工具的开发工作。从钎具原材料开始，由著名钎具公司钎钢厂自行配套冶炼、轧制。以追求高质量为目标，制定了合理的工艺路线。特别是美英、瑞典、日本等国家进行了大量的研究工作，获得了许多显著成果，促进了世界范围内凿岩钎具的迅猛发展。从全球范围来看，钎具制造行业己是一个拥有近１００年历史的传统产业。主要的生产制造商、产品种类和规格及制造技术在工业发达国家基本已经定型。各个国家还制定了相应的钎具产品国家标准，来规范行业和市场。钎钢按照碳含量的高低，有低碳钢、中碳钢、高碳钢三种；按合金元素种类，又可分为Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｏ系、Ｃｒ－Ｍｎ－Ｍｏ系和Ｃｒ－Ｍｏ系等。这三个系列的钎钢钢种多在欧洲，美国和日本使用。这几个工业发达国家纷纷设立了从事钎钢材质和凿岩机械集专业研究、开发、生产为一体的世界代表性公司。例如瑞典Ｓａｎｄｖｉｋ、Ｓｅｃｏｒｏｃ公司、Ａｔｌａｓ　Ｃｏｐｃｏ公司、Ｂｏａｒｔ　Ｌｏｎｇｙｅａｒ公司、口本三菱、古河等、都是专业生产钎钢钎具的世界级公司，它们生产的产品销往全世界。优质的合金钢种有Ｚ７０８、ＦＦ７１０及中碳４５ＮｉＣｒＭｏＶ等。其中Ｚ７０８通常被用做钎头。美、英生产的Ｅｎ３０Ｂ钢和日本古河制造的ＳＫＣ系列钎具钢种，均为Ｃｒ－Ｎｉ系，且对应钢种的钎具产品己经国际标准化。

▲图1 国际凿岩钎具产能分布

▲图2 国际凿岩钎具主要生产企业市场占有率

从全球市场角度来看，约有２００多家具备生产凿岩钎具的公司，大多数都是与主流的凿岩机械生产商相配套的公司。其中，多数厂家的生产规模并不大，而几个大规模的公司又在不停的并购生产经营较差的小型制造商。目前美国、法国、瑞典、曰本等发达国家占据了全球钎具生产制造的中心地位。从图１世界凿岩钎具产能分布图中可以看到，瑞典排列第一，占世界份额的２７％，从市场占有率方面来说Ｓａｎｄｖｉｋ公司所占比例高达２６％，Ａｔｌａｓ　Ｃｏｐｃｏ公司就占据了２１％。美国位居第二，排第三的是南非的Ｂｏｒａｔ　Ｌｏｎｇｙｅａｒ，日本紧随其后。这些国家的生产实力和科技含量基本代表了国际钎具产品的最高水平。全球著名的钎具公司依靠其先进的技术，从发展中国家进口大量低价钨矿砂用于制造高质量高性能的硬质合金钎具产品，然后再以高价出口到发展中国家来获得经济收益。

近年来随着科学技术突飞猛进的发展，对钎具制造业生产的产品质量要求也越来越高，目前国际上，如何制造出高效、廉价、低能耗、长寿命的产品为钎具的主流科研攻关方向。

二、国内的发展和现状

由于历史发展的原因，５０－６０年代新中国成立初期的工业基础底子较薄，不具备自主生产的能力，更不用说研制高质量长寿命的钎具。我国也是从那时开始向国外学习制造风动凿岩机械，同时也开始制造与之配套的钎具产品。６０年后，国家为了促进矿产资源的开采，大量的人力、物力被投入到钎钢钢种及生产制造工艺的研究中。贵阳、新抚、涟源等等几个拥有专业化车间生产钎钢的钢厂成立了起来。并且开始制造凿岩钎具，随后几年在如何提高产品质量，增加产品多样性方面做出了许多工作，也获得了一定的成果。１９６８年，贵阳钢厂（原名首钢贵阳特殊钢公司）成为了我国首个集专业研究、生产钎钢和制造钎具为一体的生产厂家。并且经过技术提高和整改，该厂于１９７０年开始投入到钎具的制造生产中，并很快达到预定的生产目标。

改革开放以后，我国经济得到迅速发展，负责矿山开采的企业纷纷从国外引入大量技术先进的钻凿机械设备。国内施工单位每年购置各种液压凿岩钻车钎杆大约在１０万支左右。从相关统计数据可知，国内重要项目工程主要依靠进口钎具产品。因此国内专业制钎企业开始研制与高端液压凿岩机械相匹配的国产钎具。从此的一段时间内，国产钎具产品不论是种类还是规格，在数量上都有了很大的进展。国内矿产开采行业的兴起，使得钎具产品的市场需求量逐渐增加，吸引了更多的企业投入到钎具产品的生产制造中。因此国内钎具行业发展己具备了规模，不同企业生产的产品基本符合当时市场的需求。在此期间，国内仿照国外工艺制造钎具产品，但是由于工艺技术难度高利润低，因而各钢厂以降低成本为追求目标。

５５ＳｉＭｎＭｏ钢作为空冷贝氏体钢，强度和弹性都较优越且屈强比高。良好的塑韧性使得其在国内凿岩钎具行业中得到大量应用，是国内制造钎杆的主要钢种，也是用量最大的钢种。采用热穿－热拔或热穿－热轧的制钎工艺，技术难点较多并且对连铸坯及钢材的化学成分和中心疏松、中心偏析等也有较高要求。这个时期虽然实现了以Ｓｉ－Ｍｎ－Ｍｏ系合金钢更新原有碳素工具钢及Ｃｒ－Ｎｉ高成本合金钢，并在制钎方面做了许多有益探索，但总的国产钎钢的水平仍比西方发达国家滞后。

２１世纪以来，随着钢铁、有色金属的产量不断的增长，资源开采量也不断上升，采掘系统甚至成倍增长。与此同时，国内开始大力发展城市基础设施建设，加速交通设施的建设。还有一些国家重点项目的发展，例如大型水利水电、核电设施，海上石油平台的建设等。这些因素导致凿岩机械及配套钎具的市场需求量大大增加，适逢全球范围内矿产资源价格大涨，刺激了钎具价格的显著上升。国内很多技术含量低，产品质量差的小型企业，在这场竞争中遭到了淘汰。但是，仍有一些企业，逆境中重生，将力量集中转向研制高品质的凿岩产品，不但没有被淘汰，反而获得了一定的市场地位，甚至努力打开全球市场，但是仍存在很多问题，只能靠压低价格来获得小份额的出口市场。

国产钎具产品质量稳定性差、产品种类偏少、机械加工和热处理设备落后等一系列原因，直接导致了产品使用寿命较短且不稳定，已成为影响我国钎钢钎具工业与采掘工业的现代化发展的主要“瓶颈”。