吳平安張承峰曹 虹

(1.海軍駐武漢461廠軍事代表室，湖北430084;2.武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司，湖北430084)

大型34CrM o1合金鋼螺旋槳軸鍛件的研制

吳平安1張承峰2曹 虹2

(1.海軍駐武漢461廠軍事代表室，湖北430084;2.武漢重工鑄鍛有限責(zé)任公司，湖北430084)

大型34CrMo1合金鋼螺旋槳軸鍛件對(duì)超聲檢測(cè)、力學(xué)性能、非金屬夾雜物、晶粒度等技術(shù)要求非常嚴(yán)格。通過強(qiáng)化各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的過程質(zhì)量控制，嚴(yán)密組織生產(chǎn)，最終成功研制了軸鍛件。

34CrMo1合金鋼;螺旋槳軸鍛件;研制

大型34CrMo1合金鋼螺旋槳軸鍛件粗加工尺寸為法蘭?1 217 mm/內(nèi)孔?212 mm×13 545 mm，鍛件化學(xué)成分按照CB/T1159—1998標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，力學(xué)性能指標(biāo)中強(qiáng)度及沖擊指標(biāo)要求很高，同時(shí)夾雜物及無損檢測(cè)等要求也很高。如何控制冶煉、鍛造及熱處理生產(chǎn)過程是研制的關(guān)鍵。

1 研制技術(shù)要求

1.1 化學(xué)成分

大型34CrMo1合金鋼螺旋槳軸鍛件的化學(xué)成分要求見表1。

1.2 力學(xué)性能

要求在大型34CrMo1合金鋼螺旋槳軸鍛件的兩端做縱向力學(xué)性能試驗(yàn)，各一拉三沖，按表2要求驗(yàn)收。

1.3 非金屬夾雜物及晶粒度

大型34CrMo1合金鋼螺旋槳軸鍛件的非金屬夾雜物及晶粒度要求見表3。

表1 化學(xué)成分要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chem ical composition requirements(mass fraction，%)

表2 力學(xué)性能要求Table 2 M echanical property requirements

表3 非金屬夾雜物及晶粒度要求Table 3 Non-metallic inclusion and grain size requirements

1.4 超聲檢測(cè)

鍛件應(yīng)進(jìn)行 100%超聲檢測(cè)，并按CB/T 1159—1998標(biāo)準(zhǔn)附錄B驗(yàn)收。

2 研制工藝

2.1 冶煉

采用EF+LFV1+VD的冶煉工藝。此鍛件力學(xué)性能、晶粒度要求高，質(zhì)量要求嚴(yán)，對(duì)煉鋼的化學(xué)成分控制及純凈度要求嚴(yán)格，成分配比難，冶煉難度大。配料時(shí)配優(yōu)質(zhì)廢鋼、料頭、生鐵，嚴(yán)禁配入土鐵、混帶泥沙等。將足量的生鐵配入最后一次料中，保證一定的配碳量，化清［P］≤200× 10-6，［S］≤250×10-6。杜絕氧化渣進(jìn)入精煉包中，精煉爐中全部合金調(diào)整合格后，在真空工位進(jìn)行一次V1真空處理，出真空工位后喂Al絲或Si-Ca絲終脫氧，溫度合適后吊包。錠模系統(tǒng)落真空蓋前進(jìn)行抽風(fēng)吸灰，確保錠模系統(tǒng)清潔干燥，澆注時(shí)嚴(yán)格控制注溫注速，澆注時(shí)氬氣壓力要足，確保散流良好，并注意觀察，控制澆高。

2.2 鍛造及鍛后熱處理

采用拔長(zhǎng)工藝二到三火次鍛造成形。該鍛件長(zhǎng)度超過13 m，鋼錠重量達(dá)46 t重，使用設(shè)備為80 MN水壓機(jī)。鋼錠紅送至鍛造廠，嚴(yán)格按照加熱曲線對(duì)鋼錠進(jìn)行加熱。選擇合理的鋼錠加熱速度和鍛造溫度，同時(shí)應(yīng)該注意鋼錠各部分受熱充分、均勻，以降低金屬的變形抗力，為鍛造變形做充分的準(zhǔn)備。最后一火次嚴(yán)格控制鍛造比和終鍛溫度，避免產(chǎn)生晶粒粗大。在鍛造完工后及時(shí)安排等溫退火處理、充分?jǐn)U氫，預(yù)防白點(diǎn)產(chǎn)生的熱處理，保證超聲檢測(cè)滿足技術(shù)條件并為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。

2.3 粗加工后調(diào)質(zhì)處理

粗加工超聲檢測(cè)合格后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。此螺旋槳軸材質(zhì)為34CrMo1鋼，其淬透性一般，沖擊性能要求高，同時(shí)強(qiáng)度要求也較高，在保證強(qiáng)度較高的同時(shí)要滿足沖擊要求十分困難。鍛件超長(zhǎng)、超重，同時(shí)在熱處理前打孔，熱處理淬火時(shí)極易彎曲變形，且容易淬裂、起火，加大了工件淬火的難度。為控制熱處理變形采用井式爐垂直懸掛熱處理。水冷透極易造成工件淬裂，油冷透容易造成起火，且力學(xué)性能難以達(dá)到。為了防止在淬火時(shí)淬裂、起火，保證產(chǎn)品力學(xué)性能一次性合格，確定了空冷+水冷+油冷的調(diào)質(zhì)工藝。粗加工圖如圖1所示，調(diào)質(zhì)工藝如圖2所示。

圖1 螺旋槳軸鍛件粗加工圖Figure 1 Rough machining drawing of propeller shaft forging

圖2 螺旋槳軸鍛件調(diào)質(zhì)工藝Figure 2 Quenching＆tempering process for propeller shaft

3 研制結(jié)果

3.1 化學(xué)成分

34CrMo1合金鋼材料的熔煉分析結(jié)果，見表4。

3.2 力學(xué)性能

力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表5。

3.3 非金屬夾雜物及晶粒度

非金屬夾雜物及晶粒度檢驗(yàn)結(jié)果見表6。

表4 熔煉分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4 Heat analysis result(mass fraction，%)

表5 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果Table 5 M echanical property test results

表6 非金屬夾雜物及晶粒度檢驗(yàn)結(jié)果Table 6 Non-metallic inclusion＆grain size exam ination results

3.4 超聲檢測(cè)

超聲檢測(cè)符合CB/T1159—1998標(biāo)準(zhǔn)附錄B標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)果分析

(1)為保證力學(xué)性能符合技術(shù)要求，將合金元素Cr、Ni、Mo含量控制在中上限，C含量控制在下限，以達(dá)到細(xì)化晶粒、提高塑性和沖擊韌性的目的，為獲得良好的綜合力學(xué)性能提供有利保證。

(2)為保證超聲檢測(cè)及非金屬夾雜物、晶粒度符合技術(shù)要求，在冶煉時(shí)嚴(yán)格控制P、S等雜質(zhì)元素的含量，盡量減少鋼中夾雜物和氣體含量，提高鋼水純凈度。在鍛造時(shí)嚴(yán)格控制鋼錠的底部和冒口的切除量，采用寬砧進(jìn)行拔長(zhǎng)，嚴(yán)格控制鍛造火次和最后一火的壓下量，同時(shí)進(jìn)行精細(xì)化操作，改善鍛件的應(yīng)力狀態(tài)，將鍛件內(nèi)部充分鍛透。

(3)因熱處理淬火時(shí)工件內(nèi)應(yīng)力大且產(chǎn)品超長(zhǎng)，因此在熱處理前進(jìn)行粗加工時(shí)，將加工余量，尤其是內(nèi)孔加工余量加大，這樣在熱處理后，就可以保證產(chǎn)品能進(jìn)行精加工。充分做好了熱處理的各項(xiàng)前期準(zhǔn)備，如把鍛件所有的棱角打磨成鈍角，包括其吊裝孔內(nèi)、外壁的棱角，以降低水冷時(shí)淬裂的可能性，以及降低油槽中的油溫，防止油溫過高，造成工件起火。根據(jù)鍛件的實(shí)際成分制定了合理的淬火和回火溫度，在產(chǎn)品淬火和回火時(shí)均進(jìn)行中保和低保，進(jìn)一步減少熱應(yīng)力。淬火后及時(shí)進(jìn)爐回火，防止終冷溫度過低從而產(chǎn)生裂紋。從實(shí)際化學(xué)成分可以看出鍛件底部和冒口的碳含量存在偏析。為解決成分偏析帶來的影響，在回火時(shí)采用了相應(yīng)的措施來保證兩端的抗拉強(qiáng)度的差值符合技術(shù)要求，確保了力學(xué)性能和鍛件尺寸滿足技術(shù)要求。

5 結(jié)論

通過冶煉、鍛造、熱處理技術(shù)攻關(guān)，提高了大型34CrMo1合金鋼螺旋槳軸鍛件的綜合力學(xué)性能，保證了產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，滿足了技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)了批量化生產(chǎn)。

編輯 李韋螢

Development＆Manufacture of the Forgings for Large Propeller Shaft of 34CrMo1 Alloy Steel

W u Ping'an，Zhang Chengfeng，Cao Hong

Very strict technical requirements are demanded by the large propeller shaft forge of 34CrMo1 in terms of ultrasonic examination，mechanical property，non-metallic inclusion，and grain size etc.by strengthening the process quality control in each manufacture step，and closely organizing production，finally shaft forgings have been successfully developed and manufactured.

34CrMo1 alloy steel;propeller shaft forgings;development＆manufacture

TG316

B

2013—05—31