中空钢(hollow  drilling  steel)

中心贯有圆孔的型钢，又称中空钎钢(简称钎子钢或钎钢)。其断面形状一般为圆形、正六角形等，圆孔直径约为5～16mm，主要用于制作凿岩爆破工程用的钎杆。

断面形状

中空钢断面形状如图所示。但使用最多者为正六角形，其次为圆形。正六角形中空钢的规格品种有B19、B22、B25、B28、B32、B38、B45、B48mm等，圆形中空钢的规格品种有[)32、D38、D45、D51mm等，通常人们把直径19～22mm的中空钢称为小型中空钢，把直径25～32mm的中空钢称为中型中空钢，把直径38～51mm的中空钢称为大型中空钢B19、B22、B25、B281用于制作钻凿3.0m左右深的浅孔用钎杆，俗称小钎杆。D32用于制作钻凿15m左右中、深孔用联接钎杆，俗称大钎杆。液压凿岩台车用的3m以上的重型钎杆有用B₂₅，B₄₈制作的，也有用D32～D51制作的。其它特殊断面形状中空钢主要用于制作特殊用途钎杆，如钻凿拐弯孔的挠性钎杆，采煤钻孔用麻花钻杆。

小型中空钢的用量占总量的80％以上，其余为中型和大型。80年代以来，随着大型液压凿岩台车的发展，大、中型中空钢的需求在增加。

性能

中空钎杆本身是一种细长工具杆件，工作条件极端苛刻，在矿水腐蚀条件下，要经受1500～3000次/min冲击能为30～70J的打击，以约5200m/s的速度传播弹性应力波。很大的高频冲击载荷(波动载荷)，将使杆件产生疲劳。中空钎杆在高频冲击载荷下的疲劳极限大大低于其在静载荷下的疲劳极限。一般地说，抗拉强度较高的中空钢其疲劳极限也较高。经实测22mm六角小钎杆工作载荷谱后得知，小钎杆承受的主要是纵向拉压应力，其最大合成应力只在295MPa左右，小钎杆承受的最大弯曲应力仅为纵向应力幅值的30％，其能量只占总冲击能量的10％，即使在钎杆预制弯曲达5mm/m的弯曲度时，测得的弯曲应力也远小于纵向应力。因此，认为只需选择中等强度的钢种就可满足要求，但是内壁强度不能低于外壁强度。

分类

分类中空钢主要是两大类，一为碳素中空钢(碳含量0.70％～1.0％)：一为合金中空钢。前者属于碳素工具钢系列，后者又分为高碳、中碳及低碳三类：高碳(碳含量0.90％～1.05％)硅锰结构钢系列；高碳(碳含量0.80％～1.10％)铬钼轴承钢系列；中碳(碳含量0.32％～0.60％)硅锰钼结构钢系列和弹簧钢系列；中、低碳(碳含量0.25％～0.45％)镍铬钼结构钢系及低碳(碳含量0.13％～0.25％)镍铬钼渗碳合金钢系。世界各国所用钎钢大同小异，但从钢种系列分仍不外上述几大类50多个牌号。

失效根据钎杆的使用破断情况，日本曾用挤压法生产过复合中空钢，但因成本高而未获推广。瑞典采用加不锈钢内衬管，防止水孔腐蚀，中国采用加40MnMov合金无缝管于水孔，强化内壁，得到了较好的效果，减少了疲劳破断发生。

工艺

生产工艺中空钢的生产方法很多。最早，瑞典人使用“砂芯”，“易熔金属芯”等法生产中空钢，即把钢坯中心钻一个孔，装入砂子或低熔点金属如铅等，堵封两端后加热轧制，然后倒出砂子或低熔点铅而得到中空钢，这种方法使中空钢内部粗糙或玷污，使用寿命极短。1920年英国人哈菲尔德发明高锰钢后，瑞典出现了所谓“钻孔法”即钢坯(或钢锭)经机械钻孔加入高锰钢芯棒，然后热轧、抽芯。这使中空钢生产取得卜一个飞跃。至今“钻孔”法仍作为中空钢的主要生产方法而被绝大多数中空钢生产厂家所采用。1960年日本山阳特钢公司采用热挤压法生产中空钢，但成本高，至今只用来生产少量作重型钎杆用的B38、B45、B48及D38～D51的大型中空钢。此外，还有用无缝钢管生产法生产中空钢的，即“钢坯热穿孔一退火酸洗一冷拔”(简称“热穿冷拔”法)或者“钢坯热穿孔一三辊热轧减径一打尖一滚动模热拔”(简称“热穿热拔”法)。60年代末期，中国还试验过“涂料”法、“普通管铸管”法、“合金管铸管”法生产中空钢。至今“合金管铸管”法与“热穿孔减径一热拔”法已成为我国生产中空钢的两种主要工艺方法。后者只适于生产32mm以下长度不超过4.5m的中小型中空钢。

1975年瑞典Sandvik采用MorgarshammerP-629高刚度无牌坊轧机，建成了平立辊交替，呈z形布置，自动化程度高的中空钢生产线。这种方法生产的中空钢尺寸精度有很大提高。1991年，中国贵阳钢厂也建中成了一条平立辊交替布置的中空钢生产线。