提高50Mn-C材質船用鍛件質量的措施

姜曉霞

(中國一重集團鑄鍛鋼事業部水壓機鍛造廠，黑龍江 齊齊哈爾 161042)

造船業是為水上交通、海洋開發和國防建設等行業提供技術裝備的現代化綜合性產業，隨著中國與世界造船業的接軌日益緊密，以及生產能力的提升，許多船廠已開始涉足國際市場，并雇用國外的船級社進行船用鍛件產品的監制，如：英勞(LR)、挪威(DNV)、法國(BV)、美國(ABS)、德國(GL)等，而每家船級社對鍛件的性能要求也有所不同。

近年來，中國一重集團鑄鍛鋼事業部水壓機鍛造廠生產的50Mn-C材質船件草狀波、性能不合格問題較為嚴重，多次返修，造成額外生產成本的產生。后經數據采集整理及分析總結，提出相應問題解決方案并嚴格實施，從而有效控制了50Mn-C船件質量問題的發生，降低了生產成本。

1 鍛件種類和技術要求

生產的50Mn-C船件主要有中間軸和螺旋槳軸，見圖1。化學成分要求見表1。

50Mn-C船件探傷要求如表2所示。各船級社對性能要求有所不同，在實際生產過程中，熱處理配爐生產很難保證鍛件不同的性能要求，具體要求如表3所示。

圖1 (a)中間軸;(b)螺旋槳軸

表1 50Mn-C化學成分(質量分數，%)

表2 50Mn-C船件探傷要求

表3 力學性能要求

2 質量問題統計

共統計生產50Mn-C船件近50件，熱處理后出現批量草狀波現象，而且其中多件經數次返修后仍出現草狀波，最高正火次數達到7次，最低也進行3次，草狀波主要體現在鍛件法蘭處。而與此同時，鍛件一次熱處理性能不合格率達到20%，主要體現在鍛件強度未達到指標，其中部分鍛件為強度超出上限要求。并且GL監制船件增加了沖擊要求，生產的50Mn-C船件很難達到沖擊性能要求的指標。

表4 2017下半年-2018年初船件探傷情況

3 生產流程

在船檢師正式進行現場檢驗前，對鍛件進行毛坯探傷和性能自檢，經確認鍛件合格后，再進行報檢工作。具體的生產流程如圖2所示。

4 控制措施

針對船件草狀波、性能不合格問題，對煉鋼、鍛造和熱處理等工藝方案均進行適當地調整，采取了必要地措施[1]。

4.1 微調化學成分

為了盡可能地提高鍛件的沖擊韌性，同時又能有效保障鍛件的強度，結合以往同類材質的船件生產情況，對C、Si、Cr、Ni等元素含量進行了適當調整，制定了相應的化學成份內控標準，并要求煉鋼分廠對各目標值進行點控[2]，如表5所示。

圖2 船件的生產流程

表5 化學成分內控標準

對于無沖擊要求的50Mn-C船件采用新內控標準1進行煉鋼，較以往工藝按上限控制合金元素Cr、Ni，以此起到提高強度、細化晶粒作用[3]。

表中新內控標準2主要是針對GL監制船件所制定的，由于GL船件增加了沖擊要求，通過降低C含量以提高其沖擊韌性，在后序熱處理過程中采取不同空冷方式彌補因C含量降低而導致強度下降。

4.2 改進生產工藝

鍛造方面，通過增加墩粗序(原生產無墩粗)更充分地打碎鍛件內部粗大組織，將鍛件法蘭處的鍛比由原來的≥1.5提高到≥2.5，為后期鍛后熱處理時控制鍛件的晶粒度、提高鍛件的綜合性能奠定了基礎[4]。

圖3 改進后熱處理工藝

鍛后熱處理方面，采用兩次正火的工藝方案(如圖3示)，并根據熱處理爐的實際情況控制了裝爐量(每爐生產鍛件的數量不超過4件)，同時加強過程控制。根據每爐鍛件性能要求不同，正火空冷時，分別對鍛件進行鼓風、噴霧、吊下等方式，如圖4所示。以此獲得不同的冷卻速度，分別滿足鍛件性能要求，最終能夠達到熱處理工藝方案的預期效果[5]。

(a)噴霧；(b)鼓風；(c)吊下

5 結論

1)通過化學成分調整，有效地保證了鍛件的強度及沖擊性能的要求；

2)將鍛造工藝增加墩粗序，提高法蘭鍛比，細化鍛件內部粗大組織，保證了鍛件熱處理后探傷效果；

3)在熱處理過程中合理控制，采用不同空冷方式，保證了每個鍛件不同性能的要求；

4)通過上述方案實施，提高了鍛件產品質量，縮短了鍛件生產周期。