CN108453202A - 一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺 - Google Patents

一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺，属于船用轴系锻件工艺领域，该大型船用轴系锻件制造的制造工艺具体步骤为锻前热处理→两次镦拔锻造(WHF法)→对锻造后的轴系锻件进行热处理，本发明采用的两次镦拔工艺合理，第一次拔长能够有效破碎铸态组织，锻合内部孔洞缺陷，第二次镦粗将坯料芯部的条状塑性夹杂断裂为更小的杂质，第二次拔长过程将杂质拔长为弥散杂粒，两次镦拔工艺有效消除了白点的作用，由于两次镦拔锻造过程中的温度变化情况，锻件内的氢的溶解度不断变化，对氢的分布和扩散都是十分有力的。

Description

一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺
技术领域
本发明属于船用轴系锻件工艺技术领域，尤其涉及一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺。
背景技术
中国是个多河流的国家，所以船舶自然也成了一个很有发展潜力的行业。随着船舶业的发展，船舶上用到的各种锻件的需求也变得越来越大。船舶行业常用到的轴系锻件有中间轴、联轴节、螺旋桨轴、艉轴、推进轴、凸轮轴、主机螺栓、齿轮箱螺栓和螺母等，而用到的舵系锻件有舵杆、舵销、舵叶法兰舵杆螺栓及螺母等，常使用的是20号、25号、35号、45号等碳钢以及20MN、30MN、34CrNiMo6、20CrNi2MoA、42CrMo4HH、18CrNiMo7～6碳锰钢。
近十年来，随着全球经济一体化的推进，船舶运输量剧增，引起船舶工业发展的突飞猛进，中国造船产量占到世界的28％，而另一些国外企业也瞄准中国市场的原材料、劳动力、产品性能等方面的优势，将船用齿轮箱、艉轴等部件放在中国生产。这样，不仅形成中国造船业繁荣的大好局面，同时也促进中国机械行业、锻造行业的发展。应该看到，经过多年的发展，我国船舶工业已经形成了原材料配套强、劳动力素质高、制造业体系完备等综合竞争优势。世界造船业正逐步向我国转移，我国船舶工业的发展前景依然十分广阔。当前，我国船舶工业正处在由大到强转变的关键时期，必须抓住机遇，积极采取综合措施，加快结构调整和产业升级，巩固和提升我国船舶工业的国际地位，为经济平稳较快发展做出积极贡献。
随着工业的发展，对锻件的技术条件和质量水品要求日益提高，大锻件内在质量检验项目增多，检验标准也在不断提高，在热锻过程中改善热变形后的组织和锻合孔隙性缺陷，是提高大锻件内在质量的关键，但是，现有锻造、热处理技术的优化和控制的进展还不能与之相适应，因此，如何提高大锻件的质量，成为大锻件生产中的主要矛盾。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺，以解决现有的技术存在的传统制造工艺流程中的钢锭利用率低，工作效率低和生产成本高的问题。
一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺具体包括以下步骤：
步骤一，锻前热处理：
S1、对钢锭进行初步加热，将锻件置于≤500℃的加热炉中保温，保温时间不小于5小时；
S2、以50±20℃/小时的速率加热，使锻件缓速加热至800±20℃；
S3、以100±20℃/小时的速度加热，使钢锭缓速加热至1220±20℃，加热到1220±20℃后进行保温，保温时间不小于15小时；
步骤二，锻造：
采用两次镦粗＋WHF法拔长对钢锭进行锻造，两次镦拔工艺在千吨级水压机上进行
S1、始锻温度为1220℃，终锻温度为800℃；
S2、一次镦粗操作、第一次和第二次镦粗过程中，压下率为50%,镦粗后的最佳高径比为0.5-0.6；
S3、一次拔长操作、拔长过程中安排8趟拔长，选用上下V形平砧，翻转180°和360°时错半砧，拔长过程中，前两次拔长的压下率控制在15-20%；后6趟拔长的压下率控制在20-25%，砧宽比W/H=0.6-0.8，料宽比B/H=0.80-1,拔长后的高径比控制在2.0-2.2，锻造比K=2.0-2.2
S4、第一次拔长结束后，坯料截面为四边形，在二次镦粗之前，锻件以单边压下率不大于10%倒棱为近似正八边形；
S5、锻造结束到下次锻造开始之间，将锻坯以≤80℃/小时的速度加热，直至加热到1160±20℃，在此锻造温度下保温至少8小时；
S6、二次镦粗操作、二次镦粗后的锻件高度与一次镦粗后的锻件高度基本一致；
S7、二次拔长操作、二次拔长过程中安排6趟拔长，前两次拔长的压下率控制在15-20%；后4趟拔长的压下率控制在20-25%，其余操作步骤与第一次拔长操作完全一致，锻造比K=1.5-2.0；
S8、将经第二次镦拔处理后的锻件吊装至加热炉中，在1220℃下热透，之后进行压台，切去水、冒口，出成品；
步骤三，锻后缓冷：
S1、将锻件吊装至加热炉中，在630±20℃温度下保温不小于5小时；
S2、保温完成后，锻件炉冷至330±20℃，并于此温度下保温不小于20小时；
S3、以≤30℃/小时的速度炉冷至≤120℃，之后空冷至室温；
步骤四，等温退火：
将锻件置于加热炉中，加热至800℃后保温，实现奥氏体化后，再以≤20±10℃的速率转至珠光体转变区鼻尖温度，保温时间不小于36小时，实现珠光体的等温分布，之后空冷至室温；
步骤五，淬火处理：
S1、以≤100℃/小时的速率进行加热，加热至860±20℃，保温6小时；
S2、将锻件以200mm/分钟的速率伸入到淬火液中进行淬火，锻件完全进入到淬火液中后，直至冷却到70-75℃；
步骤六，回火处理：
S1、第一次回火处理、将锻件以60℃/小时的速率加热至600℃，保温不小于5小时，之后空冷至室温；
S2、取出一次回火后的锻件，以70℃/小时的速率空冷至室温；
S3、第二次回火处理、将锻件以80℃/小时的速率加热至720℃，保温不小于6小时；
S4、最后以以70℃/小时的速率空冷至室温。
作为本发明的进一步优选，所述淬火处理以两次正火替代，第一次正火时，锻件以60℃/小时的速率缓速加热至670±10℃保温8小时，之后以80℃/小时的速率空冷至330±20℃保温24小时，第二次正火时，锻件以60℃/小时的速率缓速加热至860±20℃保温8小时，之后以80℃/小时的速率空冷至室温。
本发明具有如下有益效果：
1. 本发明采用的两次镦拔工艺合理，一方面，一次镦拔锻造工艺往往无法有效的修复锻件内部缺陷，另一方面，与三次及三次以上镦拔工艺相比锻造成本低、可控性高，锻件质量无较大差别甚至更高，第一次拔长能够有效破碎铸态组织，锻合内部孔洞缺陷，第二次镦粗将坯料芯部的条状塑性夹杂断裂为更小的杂质，第二次拔长过程将杂质拔长为弥散杂粒，两次镦拔工艺有效消除了白点的作用，由于两次镦拔锻造过程中的温度变化情况，锻件内的氢的溶解度不断变化，对氢的分布和扩散都是十分有力的。
2. 采用新的锻后热处理工方法，使其除了具备去应力、防止白点、氢脆和改善组织等作用外，还兼顾改善性能的作用，在不影响锻件质量的前提下，取消性能热处理工序，降低了热壁加氢反应器锻件的生产周期及成本。
本发明同时具备传统的锻后热处理的消氢及细化组织作用，同时增加淬火（正火）与回火，能够获得性能良好的贝氏体组织，是一种兼顾性能的锻后热处理方法。
附图说明
图1为锻前热处理过程温度变化坐标图；
图2为锻造过程温度变化坐标图；
图3为锻后热处理过程温度变化坐标；
图4为正火处理过程温度变化坐标图；
图5为取样示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步描述：
如附图1-3所示本，本实施例的一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺具体包括以下步骤：
步骤一，锻前热处理：
S1、对钢锭进行初步加热，将锻件置于≤500℃的加热炉中保温，保温时间不小于5小时；
S2、以50±20℃/小时的速率加热，使锻件缓速加热至800±20℃；
S3、以100±20℃/小时的速度加热，使钢锭缓速加热至1220±20℃，加热到1220±20℃后进行保温，保温时间不小于15小时；
步骤二，锻造：
采用两次镦粗＋WHF法拔长对钢锭进行锻造，两次镦拔工艺在千吨级水压机上进行
S1、始锻温度为1220℃，终锻温度为800℃；
S2、一次镦粗操作、第一次和第二次镦粗过程中，压下率为50%,镦粗后的最佳高径比为0.5-0.6；
S3、一次拔长操作、拔长过程中安排8趟拔长，选用上下V形平砧，翻转180°和360°时错半砧，拔长过程中，前两次拔长的压下率控制在15-20%；后6趟拔长的压下率控制在20-25%，砧宽比W/H=0.6-0.8，料宽比B/H=0.80-1,拔长后的高径比控制在2.0-2.2，锻造比K=2.0-2.2
S4、第一次拔长结束后，坯料截面为四边形，在二次镦粗之前，锻件以单边压下率不大于10%倒棱为近似正八边形；
S5、锻造结束到下次锻造开始之间，将锻坯以≤80℃/小时的速度加热，直至加热到1160±20℃，在此锻造温度下保温至少8小时；
S6、二次镦粗操作、二次镦粗后的锻件高度与一次镦粗后的锻件高度基本一致；
S7、二次拔长操作、二次拔长过程中安排6趟拔长，前两次拔长的压下率控制在15-20%；后4趟拔长的压下率控制在20-25%，其余操作步骤与第一次拔长操作完全一致，锻造比K=1.5-2.0；
S8、将经第二次镦拔处理后的锻件吊装至加热炉中，在1220℃下热透，之后进行压台，切去水、冒口，出成品；
步骤三，锻后缓冷：
S1、将锻件吊装至加热炉中，在630±20℃温度下保温不小于5小时；
S2、保温完成后，锻件炉冷至330±20℃，并于此温度下保温不小于20小时；
S3、以≤30℃/小时的速度炉冷至≤120℃，之后空冷至室温；
步骤四，等温退火：
将锻件置于加热炉中，加热至800℃后保温，实现奥氏体化后，再以≤20±10℃的速率转至珠光体转变区鼻尖温度，保温时间不小于36小时，实现珠光体的等温分布，之后空冷至室温；
步骤五，淬火处理：
S1、以≤100℃/小时的速率进行加热，加热至860±20℃，保温6小时；
S2、将锻件以200mm/分钟的速率伸入到淬火液中进行淬火，锻件完全进入到淬火液中后，直至冷却到70-75℃；
步骤六，回火处理：
S1、第一次回火处理、将锻件以60℃/小时的速率加热至600℃，保温不小于5小时，之后空冷至室温；
S2、取出一次回火后的锻件，以70℃/小时的速率空冷至室温；
S3、第二次回火处理、将锻件以80℃/小时的速率加热至720℃，保温不小于6小时；
S4、最后以以70℃/小时的速率空冷至室温。
结合图4所示，本实施例中的淬火处理可以由两次正火替代，较佳的，第一次正火时，锻件以60℃/小时的速率缓速加热至670±10℃保温8小时，之后以80℃/小时的速率空冷至330±20℃保温24小时，第二次正火时，锻件以60℃/小时。
锻造完成后对锻件进行车削加工，检验各档尺寸并做标识，并对经车间加工后的锻件进行超声波探伤，超声波探伤按EN10308-3质量等级3的规定进行。
结合图5所示，将锻件两端的300mm长范围截掉用于材料力学测试，在所取横截面上任意取一条半径，并将其3等分，从该半径的外端到中心点的三等分分别标记为1、2、3点位，对三个点位进行力学测试，测试包括：屈服强度、常温抗拉强度、延伸率、收缩率、V型冲击功、硬度，具体的力学性能如表1所示：
表1、力学性能的测试值
高温力学性能测试：测试高温瞬时力学性能和高温持久强度，具体的测试结构如表2和表3所示。
表2、高温瞬时力学性能测试值
表3、高温持久强度测试值
利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺，其特征在于，该种大型船用轴系锻件制造工艺具体包括以下步骤：
步骤一，锻前热处理：
S1、对钢锭进行初步加热，将锻件置于≤500℃的加热炉中保温，保温时间不小于5小时；
S2、以50±20℃/小时的速率加热，使锻件缓速加热至800±20℃；
S3、以100±20℃/小时的速度加热，使钢锭缓速加热至1220±20℃，加热到1220±20℃后进行保温，保温时间不小于15小时；
步骤二，锻造：
采用两次镦粗＋WHF法拔长对钢锭进行锻造，两次镦拔工艺在千吨级水压机上进行
S1、始锻温度为1220℃，终锻温度为800℃；
S2、一次镦粗操作、第一次和第二次镦粗过程中，压下率为50%,镦粗后的最佳高径比为0.5-0.6；
S3、一次拔长操作、拔长过程中安排8趟拔长，选用上下V形平砧，翻转180°和360°时错半砧，拔长过程中，前两次拔长的压下率控制在15-20%；后6趟拔长的压下率控制在20-25%，砧宽比W/H=0.6-0.8，料宽比B/H=0.80-1,拔长后的高径比控制在2.0-2.2，锻造比K=2.0-2.2
S4、第一次拔长结束后，坯料截面为四边形，在二次镦粗之前，锻件以单边压下率不大于10%倒棱为近似正八边形；
S5、锻造结束到下次锻造开始之间，将锻坯以≤80℃/小时的速度加热，直至加热到1160±20℃，在此锻造温度下保温至少8小时；
S6、二次镦粗操作、二次镦粗后的锻件高度与一次镦粗后的锻件高度基本一致；
S7、二次拔长操作、二次拔长过程中安排6趟拔长，前两次拔长的压下率控制在15-20%；后4趟拔长的压下率控制在20-25%，其余操作步骤与第一次拔长操作完全一致，锻造比K=1.5-2.0；
S8、将经第二次镦拔处理后的锻件吊装至加热炉中，在1220℃下热透，之后进行压台，切去水、冒口，出成品；
步骤三，锻后缓冷：
S1、将锻件吊装至加热炉中，在630±20℃温度下保温不小于5小时；
S2、保温完成后，锻件炉冷至330±20℃，并于此温度下保温不小于20小时；
S3、以≤30℃/小时的速度炉冷至≤120℃，之后空冷至室温；
步骤四，等温退火：
将锻件置于加热炉中，加热至800℃后保温，实现奥氏体化后，再以≤20±10℃的速率转至珠光体转变区鼻尖温度，保温时间不小于36小时，实现珠光体的等温分布，之后空冷至室温；
步骤五，淬火处理：
S1、以≤100℃/小时的速率进行加热，加热至860±20℃，保温6小时；
S2、将锻件以200mm/分钟的速率伸入到淬火液中进行淬火，锻件完全进入到淬火液中后，直至冷却到70-75℃；
步骤六，回火处理：
S1、第一次回火处理、将锻件以60℃/小时的速率加热至600℃，保温不小于5小时，之后空冷至室温；
S2、取出一次回火后的锻件，以70℃/小时的速率空冷至室温；
S3、第二次回火处理、将锻件以80℃/小时的速率加热至720℃，保温不小于6小时；
S4、最后以以70℃/小时的速率空冷至室温。
2.根据权利要求1中的步骤（5）所述的一种大型船用轴系锻件制造的制造工艺，其特征在于，所述淬火处理以两次正火替代，第一次正火时，锻件以60℃/小时的速率缓速加热至670±10℃保温8小时，之后以80℃/小时的速率空冷至330±20℃保温24小时，第二次正火时，锻件以60℃/小时的速率缓速加热至860±20℃保温8小时，之后以80℃/小时的速率空冷至室温。
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