（北京二七軌道交通裝備有限責任公司技術(shù)中心，北京 1 00072）

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的加速發(fā)展，鐵路運輸日益繁忙，列車密度逐漸加大。在這種情況下，鐵道部加大力度引進高效大型養(yǎng)路機械，利用封鎖“天窗”對繁忙線路進行維修，取得了突破性進展，使繁忙干線的維修工作走出了困境，保證了主要干線的安全暢通，從而也開創(chuàng)了我國鐵路養(yǎng)路機械現(xiàn)代化的新篇章。大型養(yǎng)路機械價格昂貴，長期以來受到歐美先進技術(shù)的壟斷與制約，我國鐵路長期依靠進口是不現(xiàn)實的，我國鐵路的發(fā)展需要中國制造的現(xiàn)代化養(yǎng)路機械。在鐵道部有關(guān)部門的指導下，我國大型養(yǎng)路機械制造體系通過引進國外先進技術(shù)，實現(xiàn)了全部線路大、中維修主型機械的國產(chǎn)化。

當前，我國鐵路正處于跨越式發(fā)展階段，不斷引進國外先進技術(shù)，繼續(xù)深化養(yǎng)路機械的國產(chǎn)化勢在必行。在引進消化再吸收的初期和中期，由于材料標準體系的不同，材料的國產(chǎn)化替代工作是必不可少，也是極其重要的一個環(huán)節(jié)。材料的國產(chǎn)化替代，不僅僅涉及制造上的問題，同時也涉及到整個產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，還與產(chǎn)品品質(zhì)密切相關(guān)。筆者從北京二七軌道交通裝備責任有限公司引進美國Loram公司SBC邊坡清篩機的國產(chǎn)化經(jīng)驗入手，就大型養(yǎng)路機械材料國產(chǎn)化過程中可能遇到的若干問題進行歸納和分析。

1 材料國產(chǎn)化的分類

由于大型養(yǎng)路機械屬于復雜的機電液一體化裝備，其中所使用的零部件材料種類繁多，因此，有必要對其進行分類處理，依據(jù)不同的類別采取不同的國產(chǎn)化措施。

按照系統(tǒng)分類，可以大致分為鋼結(jié)構(gòu)部分、液壓氣動部分、電氣部分、各種工作裝置上所使用的材料以及一些其他的功能性材料。

（1）鋼結(jié)構(gòu)部分主要包含的材料有各種規(guī)格型號的鋼板、型鋼以及鑄鍛件等；液壓和氣動部分包含油缸（風缸）、管路、管接頭、管卡、支架及其他附件等。

（2）電氣部分包含各種電器元件，線纜、控制臺、電氣柜中所使用的鋼管和型鋼等。

（3）工作裝置部分主要包含一些鋼結(jié)構(gòu)，機電液氣零部件，特殊材質(zhì)的工作零部件及標準緊固件等。

（4）其他的功能性材料包括一些特殊的隔音材料，防火材料等等。

本文主要討論的是鋼結(jié)構(gòu)部分以及工作裝置部分所涉及到的鋼板、型鋼、鑄鍛件及特殊材質(zhì)的零件在材料替代的處理上可能出現(xiàn)的問題。

2 中美材料標準體系的比較

由于中美鋼鐵材料標準體系的理念不一樣，目前對中美鋼鐵材料的對照還沒有出現(xiàn)深入、綜合、成熟的研究結(jié)果。由于美國標準體系眾多，而且每種標準體系內(nèi)部分類嚴謹，規(guī)范齊全，要得出全面深入的研究結(jié)果，需要大量的人力和時間，在大型養(yǎng)路機械國產(chǎn)化的初期，借鑒相關(guān)經(jīng)驗，查詢及研究相關(guān)涉及到的中美標準就成了必不可少的重要環(huán)節(jié)。以下就不同的標準體系分別來介紹和比較。

2.1 中國標準體系

大型養(yǎng)路機械涉及到的中國鋼材標準體系主要包括國標和鐵標。其中國產(chǎn)化過程中可能涉及到的部分常見材料標準，如表1所示。

表1 國內(nèi)部分常見材料標準

我國的鋼材牌號表示方法的具體細節(jié)不在此贅述。其中，在GB/T 700、GB/T 1591和GB/T 699中分別指明了碳素結(jié)構(gòu)鋼，低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼以及優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號所對應的鋼的化學成分和機械性能等。在其他標準中，如GB/T 3274-2007、GB/T 711-2008、GB/T 6728-2002和 GB/T 8162-1999中均引用前述標準中的鋼材牌號，而沒有對化學成分和機械性能有進一步詳細的要求，這與美國標準稍有不同。而在鋼材的采購時，只是提供材質(zhì)、規(guī)格型號以及交貨狀態(tài)。整體來看，國內(nèi)鋼材標準不如美國標準系統(tǒng)、全面，國內(nèi)鋼材市場及供應品種也沒有美國完善。這樣就不可避免的導致了在采購環(huán)節(jié)上難度的加大，特別是小批量材料的采購，間接把問題轉(zhuǎn)化為技術(shù)部門對材料的替換與更改處理。

2.2 美國標準體系

美國有多家學會、協(xié)會從事鋼鐵標準化工作，涉及鋼鐵材料標準的標準化機構(gòu)主要有：AISI(美國鋼鐵協(xié)會)、ASTM(美國材料與實驗協(xié)會)、SAE(美國汽車工程師協(xié)會)等。相比國內(nèi)而言，美國的材料標準體系種類多，涵蓋范圍廣，標準類別全面廣泛而深入，相對國內(nèi)標準來說更加完善和細致。以下重點介紹一下AISI/SAE和ASTM標準體系，并與國內(nèi)的標準相對比。

（1）AISI/SAE標準體系

多年以來，碳鋼和合金鋼的種類都是由4位數(shù)字的AISI/SAE編號系統(tǒng)，根據(jù)標準的化學成分來指定。由于AISI不再起草材料技術(shù)規(guī)范，從1995年起，4位數(shù)字命名系統(tǒng)僅僅指SAE命名系統(tǒng)。

SAE系統(tǒng)用基本的4位數(shù)字編碼來指明碳鋼和合金鋼的化學成分。所有編碼中的后兩位數(shù)字指明了碳含量。例如，含碳量為0.45%的碳鋼根據(jù)系統(tǒng)編碼為1045，前兩位數(shù)字指明了鋼種的分類。再例如，11XX指的是含硫易切削鋼，12XX指的是含硫和含磷易切削鋼。

如果在第二位和第三位之間有附加字母“B”,則是加入硼提高淬透性，“L”則是加入鉛提高加工性能；帶有前綴“M”指明為商品級質(zhì)量的鋼(熱軋鋼棒材要求最低的級別，用于結(jié)構(gòu)和機器中的非重要零件)；帶有前綴“E”(電爐鋼)和后綴“H”(淬硬性要求)主要用于合金鋼中。

（2）ASTM標準體系

ASTM是由美國材料與試驗協(xié)會制定的材料標準。ASTM標準代號通常由字母分類代碼、標準序號、制定年份和標準英文名稱組成。標準序號后如帶字母M則為公制單位標準，不帶字母M則為英制單位標準；制定年代后面如有括號，則括號內(nèi)的年代表示標準重新審定的年代；制定年代后面如有a，b，c…，則表示標準修訂版次；制定年代后面如有￡1，￡2，￡3…，則表示標準僅進行編輯性修改而無實質(zhì)內(nèi)容修改的次數(shù)。字母分類代碼中，字母“A”表示材料為黑色金屬。

ASTM標準通常都是針對特定的材料產(chǎn)品而起草的。以一個具體的材料為例，ASTM A 582/A 582M-95b(2000)，Grade 303Se：Free-Machining Stainless Steel Bars:A為黑色金屬分類碼；582是標準序號；M是公制單位標準，A582/A582M說明此標準既涵蓋了英制又涵蓋了公制；95b(2000)為制定年代和更改版次以及終版年份；產(chǎn)品屬于免加工不銹鋼棒材；等級為303Se。

大型養(yǎng)路機械中可能會涉及到的常用ASTM鋼材標準，如表2所列。

表2 ASTM部分常見材料標準

通過查閱和研究以上標準，不難發(fā)現(xiàn)，在ASTM標準體系中，針對每一種具體的產(chǎn)品(不同的用途)都會有一個與之對應的標準，并且在標準中清楚詳盡的說明了產(chǎn)品的規(guī)格公差、交貨狀態(tài)、等級劃分等，而且基本上全部都列出了材料的化學成分和機械性能，市場上供貨與產(chǎn)品檢驗均嚴格依照這些標準執(zhí)行。這點與中國標準中鋼材都統(tǒng)一標注材質(zhì)有很大的不同，以A514/A514M-00a：焊接用經(jīng)回火與淬火的高屈服強度合金鋼板為例，其中機械性能類似，而根據(jù)化學成分的不同分為了14個等級；而國內(nèi)標準在處理相同材質(zhì)，不同熱處理狀態(tài)的不同機械性能上顯得過于籠統(tǒng)，沒有針對性。對于同樣材質(zhì)的材料，不同的工藝路線，最終的機械性能可能差別很大，例如冷拔與熱軋的鋼管的屈服強度差別有時甚至能達到 100 MPa。國內(nèi)標準沒有具體的標準來規(guī)范最終不同狀態(tài)的產(chǎn)品所能達到的機械性能，還需要與廠家另行協(xié)商。

此外，國產(chǎn)化過程中可能還會用到AAR(美國鐵路協(xié)會)標準，例如AAR M 201-2005鑄鋼件，我國的TB/T 2594-1995:鐵道機車車輛結(jié)構(gòu)用低合金鑄鋼即是以前者為參考轉(zhuǎn)化而來的，可以近似比對。

3 國產(chǎn)化中的材料規(guī)格公差

在國產(chǎn)化英制產(chǎn)品的時候，經(jīng)常會碰到公英制轉(zhuǎn)化的問題，在材料的規(guī)格尺寸上同樣存在此問題，因而如何解決這個問題也是一個關(guān)鍵。

以鋼板的厚度規(guī)格為例，英制鋼板轉(zhuǎn)化為公制尺寸的最常用方法是直接乘以25.4，這樣所得到的結(jié)果往往不是整數(shù)，而且不是我國推薦的公稱板厚。對于這種問題有以下幾種解決辦法：

一是，保證鋼板厚度在容許公差范圍內(nèi)。首先需要通過A6/A6M-04a：軋制結(jié)構(gòu)鋼板材、型材和薄板卷材通用技術(shù)要求，來查詢鋼板的厚度方向的容許公差，再與我國的鋼板公稱厚度以及公差范圍相對比，如果能購買到在容許公差范圍內(nèi)的鋼板則直接采購，否則則需要特殊定制，這還會涉及到最小訂貨量的問題，如果需求量少則需考慮其他的解決辦法。

二是，具體問題具體分析，通過分析結(jié)構(gòu)的重要性，以及厚度尺寸改變可能帶來的問題，比如結(jié)構(gòu)的強度變化、重量變化、相鄰尺寸的變化等，在滿足產(chǎn)品所需要的功能性和可靠性前提下，對規(guī)格進行更改，此外還需要與技術(shù)引進方積極溝通確認替代方案。這種方法一旦確實可行，比其他的方案都要節(jié)約成本，只是前期溝通確認的周期會比較長。還有一種解決辦法是針對局部對尺寸要求很嚴格的場合，且用量不大的情況下，可以通過加工獲得所需的尺寸，相對也會提高成本。

所以，在充分熟悉圖紙，理解圖紙的前提下，了解了產(chǎn)品和零件的設計功能和要求，進行適當?shù)奶娲?，并積極與技術(shù)引進方溝通確認替代方案，不僅滿足了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能要求，保證產(chǎn)品的可靠性，而且使國產(chǎn)化的過程更加徹底，也更具有經(jīng)濟效益。

其他型材，比如鋼管、棒材、矩形管等也可以借鑒這種規(guī)格公差的處理模式。

4 材料的國產(chǎn)化替代流程

通過在SBC邊坡清篩機項目中進行材料國產(chǎn)化替代工作所積累的經(jīng)驗和教訓，總結(jié)出了一套材料的國產(chǎn)化替代流程建議方案如下：

（1）在國產(chǎn)化初期，詳細分析技術(shù)引進方所提供的材料清單，并進行分類處理，可分為鋼板、各種型鋼、標準緊固件、鑄鍛件、特殊材料零件、液壓氣動元件及附件、管路、管接頭、管卡、電器元件和線纜、其他外購件等。

（2）根據(jù)分類處理的結(jié)果，查閱和研究相關(guān)標準，做到把標準吃透，并與國內(nèi)標準相比較。對于標準不明確或是有疑問處，要及時積極與技術(shù)引進方溝通，提早發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

（3）確定材質(zhì)及規(guī)格型號的替代方案，并提交技術(shù)引進方進行確認，有自主設計權(quán)利的企業(yè)也可以自行計算并進行設計更改的確認。一旦方案被否定，要及時拿出替代的解決方案。

（4）對于特殊材質(zhì)的零件，應當首先分析零件功能，在確保滿足零件功能的前提下，從國標或鐵標中選擇相近的材料，并進行確認。

（5）在進行材料替代的過程中，要考慮物資供應的相關(guān)問題，在滿足使用可靠性的前提下，優(yōu)先選擇本企業(yè)常用材料及國內(nèi)常見材料，降低采購成本。

（6）材料代用應該有詳細的記錄，逐件核對，在替代方案確定及更改后及時更新，不斷發(fā)現(xiàn)更好的替代解決方案，進一步深化大型養(yǎng)路機械的國產(chǎn)化。

5 結(jié)束語

在工程機械穩(wěn)步加速發(fā)展的今天，深化工程機械的技術(shù)引進和消化吸收成為了我國突破裝備制造業(yè)發(fā)展瓶頸的必然之路。本文從大型養(yǎng)路機械的國產(chǎn)化經(jīng)驗出發(fā)，就大型養(yǎng)路機械國產(chǎn)化過程中可能出現(xiàn)的材料替代相關(guān)問題(鋼結(jié)構(gòu)部分)進行了分析和討論。

（1）提出了材料國產(chǎn)化的分類處理；

（2）較詳細的分析了中美材料標準體系(鋼材)之間的差異；

（3）提出了若干公英制材料規(guī)格尺寸轉(zhuǎn)化中的建議處理辦法；

（4）總結(jié)歸納了材料國產(chǎn)化替代的工作過程。

希望今后能夠進一步加深對技術(shù)引進中的材料國產(chǎn)化替代的方案研究，在保證整機及零部件的功能性和可靠性的前提下降低采購和生產(chǎn)成本，推進大型養(yǎng)路機械國產(chǎn)化進程的深入進行。

[1]John E.Bringas.Handbook of Comparative World Steel Standards[M].USA：ASTM International，2004.

[2]Roger L.Brockenbrough,等.美國鋼結(jié)構(gòu)設計手冊[M].上海：同濟大學出版社，2006.

[3]William D.Callister,Jr.Fundamentals of Materials Science and Engineering[M].USA：John Wiley&Sons，2001.