船用qd685钢锻件工艺研究.pdf

l l l l t l l l I H l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 1 1 8 Y 1 4 3 7 1 4 5 分类号 UDC 密级 编号 工程硕士学位论文 船用Q D 6 8 5 钢锻件工艺研究 硕士研究生 指导教师 学位级别 学科 专业 所在单位 论文提交日期 论文答辩日期 学位授予单位 陈宇 苏玉民教授 工程硕士 船舶与海洋工程 渤海船舶重工有限责任公司 2 0 0 8 年6 月 2 0 0 8 年6 月 哈尔滨工程大学 哈尔滨工程大学硕 学位论文 摘要 船用Q D 6 8 5 高强度锻钢具有强度高 韧性好 抗低温冲击性能好 综合 机械性能优良 大截面性能稳定 淬透性高 热处理工艺稳定性好的特点 是制造通舱管件 杯形管节等船用高强度钢锻件的理想材料 应用Q D 6 8 5 高 强度锻钢件可以节省空间 减轻船体重量 提高船体结构的强度 本文针对Q D 6 8 5 高强度锻钢在船厂生产中的应用 在Q D 6 8 5 钢锻件的生 产过程中 对锻造和热处理两个主要的工艺过程进行研究 为了提高生产效 率 锻造工艺采用原同类高强钢的锻造工艺进行 热处理工艺通过三轮试验 对不同热处理参数下获得的试件进行力学性能试验 最终确定最佳工艺参数 首轮试验在较大的温度范围内 变化温度进行试验 初步确定淬火及回火的 温度范围 第二轮试验在合格的温度区间内的缩小温度变化范围 进行试验 确定最佳工艺参数 第三轮试验 对所确定的工艺参数进行验证性试验 在 此基础上 对Q D 6 8 5 锻钢的力学性能试验 金相试验 落锤度试验等试验结 果进行了分析 探讨了Q D 6 8 5 高强度锻钢的生产工艺对其性能的影响 确定 了Q D 6 8 5 钢锻造及热处理的最佳工艺参数 研究结果对批量生产Q D 6 8 5 高强 度锻钢的制造工艺的参数优化具有参考价值 关键词 锻钢 锻造 热处理 显微组织 哈尔滨工程大学硕七学位论文 A b s t r a c t H i g h s t r e n g t h s t e e lQ D 6 8 5f o r s h i p b u i l d i n g h a ss o m ec h a r a c t e r i s t i c s i n c l u d i n gh i g hs t r e n g t ha n dt o u g h n e s s l o w t e m p e r a t u r e r e s i s t a n c e g o o di m p a c t p e r f o r m a n c ea n dc o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lp r o p e r t y s t a b l ep e r f o r m a n c eo fl a r g e C R O S S s e c t i o n h i g hh a r d e n a b i l i t ya n dh e a tt r e a t e ds t a b i l i t y I ti sap e r f e c tm a t e r i a l f o rm a k i n gs h i p b u i l d i n gh i g h s t r e n g t hs t e e l f o r g i n g s s u c ha sp i p ef i t t i n g sa n d b u s h i n g s U s i n gh i g h s t r e n g t hs t e e lQ D 6 8 5 c a ns a v es h i p l o w e rs h i pw e i g h t a n d i n c r e a s es h i ps t r u c t u r a ls t r e n g t h I nt h i st h e s i s i nt h ev i e wo fs h i p b u i l d i n g t h ea u t h o rm a i n l yd o e sr e s e a r c ho n t h et e c h n o l o g yo ff o 画n ga n dh e a tt r e a t m e n ti nt h ep r o c e s so fQ D 6 8 5s t e e l p r o d u c t i o n F o rt h ei n c r e a s i n go fp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y t h ep r o c e s so ff o r g i n gi s s i m i l a rt ot h ef o r g i n gp r o c e s so ft h eo r i g i n a ls a m et y p eo fh i g h s t r e n g t hs t e e l A s t oh e a tt r e a t m e n t t h ea u t h o rd o e sm e c h a n i c a lp r o p e r t yt e s t so fs a m p l e sw h i c ha l e p r o d u c e di nd i f f e r e n th e a tt r e a t m e n tp a r a m e t e r st oo b t a i no p t i m u mt e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r s F i r s tt e s t a l t e rt e m p e r a t u r e i naw i d er a n g ea n dd e t e r m i n et h e t e m p e r a t u r er a n g eo fq u e n c h i n ga n dt e m p e r s e c o n dt e s t r e d u c et h ev a r i a t i o n t e m p e r a t u r er a n g ei na na c c e p t a b l er a n g ea n do b t a i no p t i m u mt e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r s t h i r dt e s t v e r i f yo p t i m u mt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r s O nt h eb a s i so f a l lw o r ka b o v e t h ea u t h o ra n a l y z e sr e s u l t so fm e c h a n i c a lp r o p e r t y t e s t m i c r o s c o p i c t e s ta n dd r o p w e i g h tt e s t d i s c u s st h ei n f l u e n c eo fp r o d u c t i o n t e c h n o l o g yo np e r f o r m a n c eo fQ D 6 8 5s t e e l a n do b t a i no p t i m u mt e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r so ff o r g ew o r ka n dh e a tt r e a t m e n t T h er e s e a r c ho f f e r ss o m er e f e r e n c e v a l u e sa b o u to p t i m u mt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r so f b a t c hp r o d u c t i o n K e yw o r d s f o r g e ds t e e l f o r g ew o r k h e a tt r e a t m e n t m i c r o s t r u c t u r e 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明 本论文的所有工作 是在导师的指导 下 由作者本人独立完成的 有关观点 方法 数据和文 献的引用已在文中指出 并与参考文献相对应 除文中已 注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担 作者 签字 碰耋 日期 k 裤乡月6 日 哈尔滨丁程大学硕士学何论文 第1 章绪论 1 1 概述 随着世界造船中心逐渐从欧洲转移到东亚 日本 韩国和中国1 9 9 5 年造 船产量占世界总量的7 6 3 1 9 9 9 年己上升到7 7 8 东亚已成为世界造船 工业的中心 自1 9 9 5 年以来 我国造船产量一直位居世界第三位 2 0 0 0 年 我国造船产量接近3 5 0 万载重吨 进入新世纪后 全球经济和贸易增长出现 了放缓迹象 但是从中长期来看 由于大批油船需要更新 天然气这种清洁 能源海运量急剧增长 在2 0 0 5 年前造船市场总体上将保持兴旺势头 2 0 0 7 年 中国新承接船舶订单超过韩国和日本 造船接单是世界第一 手持订单是世界第二 成为具有相当影响力的造船大国 2 0 0 7 年 中国造船 产量出现了惊人的增长 全年船舶工业新接订单9 8 4 5 万载重吨 同比增长 1 3 2 位居世界第一 中国船舶工业新接订单迅猛增长主要得益于中国船舶 工业的飞速发展 据统计 中国两大船舶集团工业造船情况表现良好 其中 中船集团公司2 0 0 7 年造船完工量 新承接船舶订单 手持船舶订单占全国总 量的3 4 2 4 和3 2 中船重工集团公司三大造船指标占全国总量的2 2 1 6 和1 6 从地方船舶工业造船情况来看 江苏 浙江 山东等地方船舶工 业发展迅猛 尤其是江苏省船舶工业异军突起 三大指标分别占全国总量的 2 3 4 1 和3 7 其中新接订单和手持订单位列全国第一 完工量居全国第 二 从世界各国2 0 0 7 年新接船舶订单来看 中国新接订单已经占到国际市场 近一半的份额 中国制造 的船舶产品得到了世界市场的广泛认可 随着船舶市场的大断扩大 一些大型船舶的发展越来越快 V L C C 等超大 型原油船的出现 对船体结构的要求也越来越高 目前我公司的船舶建造吨位 也由原来的2 9 0 0 0 吨成品油船向2 9 7 0 0 0 吨超大型油船的方向发展 目前我公 司建造的最大矿砂船载重量已达到3 8 8 0 0 0 吨 散货船1 7 4 0 0 0 吨 原油船最 大达到3 2 0 0 0 0 吨 船舶的吨位有了长足的发展 目前 国内三大造船基地的 相继建成投产 2 0 0 7 年我国船舶行业手持订单量已经超过韩国 正在向世界 第一造船大国的目标挺进 我公司3 0 万吨船坞的建造也正在进行中 为生产 大型船舶提供了硬件设施 同时国际新规范对涂层中海水的盐分的含量有了 新的规定 对船厂的生产条件提出了更严格的要求 随着船舶建造吨位的不断扩大 船用材料的不断发展显得越来越重要 哈尔滨工程大学硕十学位论文 特别是船用钢板E 级钢的出现 与之配套的高强钢锻件显得尤其重要 船用 高强度Q D 6 8 5 锻钢 在船体上起到加强作用 在局部承受载荷过大的地方采 用高强度钢锻件 可以起到加强支撑 提高船体局部刚度的作用 同时 高 强度钢锻件的大量使用 可以在达到相同强度的情况下 减小结构部件的体 积 从而可以减小整个船体重量 随着冶金技术的不断发展 近几年来出现的电渣炼钢及炉外精炼n 5 1 等先 进技术n 1 使钢中的杂质显著降低 提高了钢的纯洁度 降低S P 杂质 使该锻钢的性能达到国外同类钢材的水平 炉外精炼处理 通过加入合成渣进 行深脱硫 喂入铝丝 铝粒 S i C a 线 硅铁 锰铁等进行脱氧合金化 经过 炉外精炼技术处理 较大程序地去除了钢中硫 磷含量 特别是脱硫效果良 好 电渣炉是一种利用重熔电流产生热能熔化插入渣池的自耗电极 金属熔 滴通过渣液清洗后 在水冷结晶器中结晶成电渣锭的一种特殊冶炼设备 由 于渣液的去夹杂作用和良好的结晶条件 电渣重熔金属具有良好的纯净度 铸态组织细致均匀 无白点及年轮状偏析 硫含量极低 夹杂物细小弥散等 优良性能 因此 电渣重熔在大中型锻件 模块毛坯生产中处于垄断地位 在优质工模具钢 马氏体时效钢 双相钢管坯 冷S L S L 辊电渣钢占绝对优势 电渣熔铸异形件有独特之处 国内电渣钢年产量已达几十万吨 炉外精炼是将转炉 平炉或电炉中初炼过的钢液移到另一个容器中进行 精炼的炼钢过程 也叫 二次炼钢 炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行 初炼 炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化 脱磷 脱碳和主合金化 精炼 将初炼的钢液在真空 惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气 脱氧 脱 硫 去除夹杂物和进行成分微调等 这样将炼钢分两步进行 可提高钢的质 量 缩短冶炼时间 简化工艺过程并降低生产成本 1 9 3 3 年法国佩兰 R P e r r i n 应用专门配制的高碱度合成渣 在出钢的 过程中 对钢液进行 渣洗脱硫 这是炉外精炼技术的萌芽 1 9 5 0 年在联邦 德国用钢液真空处理法脱除钢中的氢以防止 白点 6 0 年代末期以来 炉外 精炼技术经过不断地发展 目前已有几十种方法应用于工业生产 逐步形成 了炼钢工艺中的一个新分支 中国于1 9 5 7 年开始研究钢液真空处理法 建立 了钢液脱气 真空铸锭装置 7 0 年代建立了氩氧炉 钢包精炼炉和钢包喷粉 装置等炉外精炼设备 炉外精炼的原理如下 2 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 暑暑i i i 暑宣宣置II l lr 昌i 宣暑宣昌宣i 宣i 暑i i 皇置薯 a 真空脱气 钢液中气体的溶解度服从平方根定律 钢中氢含量 钢液真空处理时 降低精炼容器中氢的分压 即可达到钢液脱氢的目的 氢的溶解反应平衡常数 l H 是温度的函数 在1 6 0 0 时 K H O 0 0 2 7 氢在钢液中溶解平衡常数低 扩散速度快 所以钢液脱氢速度很快 可使钢中氢含量接近平衡值 同理 也 可进行脱氮 但氮在钢液中的溶解平衡常数较高 K N O 0 4 0 扩散速度慢 因 此钢液真空处理时 氮的脱出率仅为1 0 2 5 b 真空脱氧 炉外精炼通常用两种脱氧方法 真空下碳脱氧和加入合金元素硅 锰 铝等进行沉淀脱氧 真空下碳氧反应为 C O 川O t 则 C O p p C O K m p p C O 平衡常数K 为温度的函数 在1 6 0 0 1 2 和p p C O 1 大气压时 值为0 0 0 2 0 0 0 0 2 5 因此真空下碳的脱氧能力很强 可超过脱氧元素硅 锰和铝 反应产物C O 是气态而不是呈夹杂物形态 在真空下极易排除 c 惰性气体处理 向钢水中吹入惰性气体 这种气体本身不参与冶金反应 但从钢水中上 升的每个小气泡都相当于一个 小真空室 气泡中H 2 N 2 C O 的分压接近于 零 具有 气洗 的作用 炉外精炼生产不锈钢的原理 就是应用不同的C O 分压下碳铬和温度之间的平衡关系 图1 1 用惰性气体加氧进行精炼脱碳 工艺过程中不断变换氩 氧的比例 可以降低碳氧反应中C 0 的分压 在 较低温度的条件下 降低碳含量而铬不被氧化 d 钢液搅拌 炉外精炼过程中对钢液进行搅拌 使钢液成分和温度均匀化 并能促进 冶金反应 多数冶金反应过程是相界面反应 反应物和生成物的扩散速度是 这些反应限制性环节 钢液在静止状态下 冶金反应速度很慢 如电炉中静 止的钢液脱硫需要3 0 6 0 分钟 炉外精炼中搅动钢液进行脱硫只需3 5 分 钟 即可达到同样的效果 钢液在静止状态下 夹杂物靠上浮除去 服从于 斯托克斯 S t o k e s 定律 排除速度较慢 搅拌钢液时 夹杂物的除去服从于 指数规律 式中X t 和X 0 分别表示时间S 和开始时间 s O 时夹杂物的浓度 k 为常数 与搅拌强度 类型和夹杂物的特性有关 3 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 鬟 V o C fl 图1 1 碳铬平衡关系 e 处理方式 钢包处理型炉外精炼特点是精炼时间短 1 0 分钟 3 0 分钟 精炼任务 单一 没有补偿钢水温度降低的加热装置 工艺操作简单 设备投资少 有 钢水脱气 脱硫 成分控制和改变夹杂物形态等装置 真空循环脱气法 R H D H 钢包真空吹氩法 G a z i d 钢包喷粉 C a S i 或其他粉剂 处理法 I J T N S L 等均属此类 f 钢包精炼型炉外精炼 特点是精炼时间长 6 0 分钟 1 8 0 分钟 具有多种精炼机能 有补偿钢水 温度降低的加热装置 适于各类高合金钢和特殊性能钢种 如超纯钢种 的精 炼生产 真空吹氧脱碳法 V O D 真空电弧加热脱气法 v A D 和钢包精炼炉法 A S E A S K F 等 均属此类 与此类似的还有氩氧脱碳法 A O D 典型的炉外精 炼设备如图1 2 所示 4 i 辔 嗜 矿 图1 2 典型的炉外精设备 g 工艺特点 炉外精炼具有共同工艺特点 选择一个理想的精炼气氛条件 通常采 用真空 惰性气氛或还原性气氛 对钢液进行搅拌 可采用电磁感应 惰 性气流或机械方法搅拌 钢液加热 在精炼过程中通常采用电弧加热 埋 弧加热 等离子加热或增加化学热等 各种炉外精炼法不外乎这三个方面技 术的不同组合 几种炉外精炼的工艺特点和冶金机能见表1 1 h 工业生产概况 在各种炉外精炼方法中 钢包处理型炉外精炼在工业生产中使用最多 7 0 年代米期世界各国投入工业生产的炉外精炼设备约有4 0 0 余座 美国和日 本生产轴承钢全部都经真空处理 R H 法 D H 法等 超低硫钢的生产以及控制 央杂物形态的钢种主要应用钢包喷粉处理法生产 T N 法 s L 法 A O D 炉利 用氩一氧混合欢炼生产不锈钢 铬元素的回收率达9 8 以上 并可使用高碳 铬铁做合金原料 经济效果十分显著 美国的不锈钢生产几乎全部用A O D 炉 目前世界上A O D 炉生产的不锈钢约占7 5 A S E A S K F 炉和V A D 炉均采用电弧 加热钢液 用电磁感应或氢气流搅拌铜液 可进行长时间的精炼操作 多用 于生产高合金钢 这类设备还可作钢液保护炉 用于多炉联合生产特大钢锭 哈尔滨工稃大学硕 学位论文 表1 1 儿种炉外精炼法的工艺特点和冶金机能 工艺交弱 真空锸环麓锕乜真空欧董铜包曩静真空欢I 麓真空电强加热钢包格烁妒法复氧规碳 气法 R H 接 G I z i d 洼 I 溆v o B 蔑气法 Y A D A S E A S K F 溆A O D 麓麓豢件 精燕用锕包 麟舳锯皴毪吨簧泓 提锌方式 加热方式 真空 真空欢氯晴耪真空 真空真窑磅稃气镕 i l i l l l运用 碱性包 运用运用转妒 赛雏寮删蠢 酩孺矾 酩 锕水 B 环欢誓 吠氯欢氲吹氯 奄薹 0 00 0I X 0 0 IX 0O O o o o o OO 0 o O O 改变形毒OO 羹气 曩 氯 麓奠 置羹 击夹杂 氯化物积o o 0 00 0 0 按11浇铸温度00 II I I I I r Ii i i i i i I I i i i I 0 0 效累显著 0 有效果 炉外精炼法可以大幅度地提高冶金质量 并将钢中有害杂质降低到以下 水平 H 0 5 3 p p m O 5 3 0 p p m I N 1 5 一5 0 p p m C 0 0 0 2 0 0 3 s o 0 0 2 0 0 1 提高现有炼钢炉生产能力3 0 5 0 0 o 使钢液浇铸温度波 动幅度保持 3 4 范围内 生产成本降低1 3 5 4 几种炉外精炼法的设备 投资 操作费用 工业化水平的比较见表1 2 表I 2 炉外精炼法工业生产概况 l l l l l l l 1 一 舞缘方蒎触勰啦锕篙法钢警凌真黼洼主惹黼黼 设备投资比较 摄作费用比较 精炼时硒 分 钢龟窖量f 坨 工壹亿永平 年代 束髑设备彦致 辅炼通用舅种 中 巾 跗 奢D 一 a H 一 一 一4 4 一 巾俺离蠢 较低 巾饭离寿裔 趔铆 鲫 l 鼽 鼽1 l 鳓 O0 队l 黯2 l 弱 1 5 l 话 l 酲 色箍 蟹 3 5 0 1 0 0 0 允许圆角 1 0 0 1 2 0 2 5 0 1 0 0 0 允许圆角 8 O 1 0 0 1 0 0 0 4 O允许圆角 1 0 0 1 0 0 0 2 O 允许圆角 本文采用的钢坯为由2 0 0 的棒料进行锻造 其充许编差为 4 O m 2 2 4 化学成分 2 2 4 1 钢坯以熔炼成分交货 钢的熔炼成分应符合表2 3 的规定 表2 3 钢的熔炼化学成分 残余 兀 CS i i l n SPN iC rM o V 元素 素 C u 含 0 1 1O 1 70 6 02 7 50 8 00 4 00 0 3 量 0 0 10 0 1 50 2 5 O 1 60 3 71 o o 3 5 0 1 5 0 O 6 0 O 1 0 注 将0 0 3 O 0 5 的钛加入盛钢桶中 作为工艺附加剂 钢中的钛含量记录供参考 2 2 4 2 成品钢坯的化学成分允许偏差 成品钢坯的化学成分允许偏差见表2 4 表2 4 成品钢坯的化学成分允许偏差 一 残余元兀 CS iM nSPN iC rM oV 素素C u O 1 1O 6 02 7 5O 8 0O 4 0O 0 3 偏 v 差 O 0 20 0 1 00 0 1 50 2 5 O 1 61 0 03 5 01 5 0O 6 0O 1 0 2 2 5 力学性能 2 2 5 1 熔检试样经调质处理后 其拉伸性能应符合表2 5 规定 1 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表2 5 熔检试样的力学性能 屈服点R 乩抗拉强度艮伸长率A断面收缩率Z l i P aM P a 6 8 5 8 2 5 记录供参考 1 5 4 5 2 2 5 2 熔检试样经调质处理后 其一2 0 横向V 型缺口夏比冲击试样的冲击 性能应符合表2 6 的规定 表2 6 2 0 横向V 型缺口夏比冲击试样的冲击性能要求 k 三个试样平均值 J纤维断面率 8 0 9 0 2 2 6 非金属杂物和晶粒度 非金属杂物应按照G B T 1 0 5 6 1 钢中非金属夹杂物含量的测定 中J K 评级图评级 钢中的氧化物应不大于1 5 级 硫化物应不大于1 5 级 并且 二者之和应不大于2 5 级 晶粒度的评级按Y B T 5 1 4 8 金属平均晶粒度测定 法 进行 钢的晶粒度应不小于5 O 级 2 2 7 低倍检验 钢的低倍组织不允许有肉眼可见的缺陷 如缩孔 气泡 裂纹和夹杂等 一般疏松不大于1 0 级 中心不大于1 5 级 2 2 8 白点 钢中不允许有白点 在整个检验过程的各环节中 若发现白点 则同一 炉罐号 同一熔炼号的钢坯应全部报废 2 2 9 表面质量 交货状态的钢坯 不充许有肉眼可见的表面裂纹 折叠 结疤及外来非 金属夹杂物等缺陷 局部缺陷可用铲 凿 砂轮磨削或机加工方法清除 清 除的宽深比不小于6 1 同一截面上清除的总深度不允许超过表2 2 的规定 修整后应保证留有足够的精加工余量 2 2 1O 内部质量 2 2 1 0 1 探伤条件 锻件的内部质量采用超声波探伤进行检验 设备及方法如下 a 探伤仪 1 4 哈尔滨工程大学硕十学位论文 应使用A 型脉冲反射式超声波探伤仪 其频率至少 1 2 5 5 0 M H z 范围内 探伤仪的垂直性误差应不大于5 动态范围应不小于2 6 d B 探伤仪的其余各项性能指标应符合Z B Y 2 3 0 A 型脉冲反射式探 伤仪通用技术条件 的规定 b 探头 原则上采用纵波直探头 晶片直径1 4 2 6 m m 探伤频率 1 2 5 5 0 M H z 耦合剂 采用机油或类似的油性介质 起始灵敏度的调整 先将产品的无缺陷部分的第一底面反射波 高度调整到示波屏高度的9 0 然后将灵敏度新加到2 0d B 探伤灵敏度的调整 探伤时 在起始灵敏度的基础上再提高6 d B 距离波幅特性曲线的制作 人工对比试块用与被探伤锻件相同 的材料制作 对比试块尺寸3 5 9X1 4 0X3 0 m 人工缺陷为由3 X3 0 m 的横向孔 缺陷反射波高度分类区分线的第1 I 条区分 线比第1 条区分线高6 Od B 探伤人员 锻件控伤人员应具有一定基础知识和锻件探伤经 验 并由经考核取得国家认可资格证书的人员担任 2 2 1 0 2 探伤方法 锻件的探伤方法如下 a 采用直接垂直探伤法 b 锻件准备 需进行超声波的锻件表面 应采用砂轮打磨或机械加工 的方法使表面粗糙度达1 2 5um 左右 去除水锈 污物 涂料等妨碍探 伤的附着物 c 探伤范围和测定方法 应在可探伤的全部位置上进行探伤 原则上应从锻件的两个垂 直的方向进行探伤 尽可能探测到锻件的全部体积 主探面根 据锻件的形状而定 探头的移动方法是在探头移动范围内 每次探伤都各重叠1 0 左右 以完成1 0 0 面积的探伤 探头的移动速度不得超过 1 5 哈尔滨工程大学硕 学位论文 1 5 0 m m s 缺陷反射波高度及缺陷埋藏深度 聊 例如 1 0 6 0 这里1 0 为缺陷反射波的高度 6 0 为缺陷在锻件中的埋藏 深度 嘲 但是 当因底面多次反射出现异常时 可将邻近的无缺陷部分 的第一底面反射波高度调整到1 0 0 并测定7 0 以下的底面 反射波高度的范围 在这种情况下 由于产品的形状不 底 面反射波高度下降部分不受这一限制 缺陷指示长度的测定 通过前后左右扫描 测定出缺陷引起的 且超过最大缺陷反射波高度5 0 的部分探头距离 以此来表示 缺陷的指示长度 d 缺陷的评定 当缺陷的指示长度超过锻件厚度的I 4 且缺陷反射高度超过 2 0 时 应作为缺陷处理 对分散缺陷 当缺陷与缺陷之间的间隔小于最小缺陷的指示长 度时 作为一个缺陷处理 当缺陷与缺陷之间的间隔大于最小 缺陷的指示长度时 应分别作为独立的缺陷处理 底面第一次反射波的高度小于相邻无缺陷部分的底面反射波 高度的7 0 其范围限于直径为5 0 m m 的圆以内时 应不作缺陷 处理 2 2 11 焊补 锻件表面缺陷一般不允许焊补 对局部小缺陷 在不影响使用强度时 征得需方同意可进行焊补 焊补前 应将缺陷清除干净 然后应使用经需方 认可的奥氏体焊条和补焊工艺进行补焊 2 3 检验规则 2 3 1 检查与验收 锻件的检查与验收由供方技术监督部门进行 需方有权按相应的标准或 合同的规定进行全面或单项复验 按我公司的采购产品检验程序对进厂的材料进行复验 确保材料的质 1 6 哈尔滨T 程大学硕士学位论文 量 2 3 2 分批与抽检试样数量 2 3 2 1 化学分析 化学分析以同一熔炼号为一批 每批抽取一个试样分析 2 3 2 2 力学性能 力学性能按如下原则进行组批 a 单个锻件重量不大于l O O k g 时 由同一炉罐号 同一锻造工艺 同一 调质炉次的所有锻件组成一批 b 单个锻件重量大于l O O k g 小于等于2 5 0 k g 时 由同一炉罐号 同一 锻造工艺 同一调质炉次的每三个 余数取整 锻件组成一批 c 单个锻件重量大于2 5 0 k g 时 以每个锻件为一批 d 在每一批中 抽取一组二个拉伸 三个冲击试样 单个锻件重量大于 6 0 0 k g 且长度大于2 0 0 0 m m 时 则在锻件的两端各抽取一组二个拉伸 三个冲 击试样 2 3 2 3 断口检验 断口检验按2 3 2 2 分批 并从每批中抽取一个试样 检验按G B T 2 9 7 1 碳素钢和低合金钢断口检验方法进行 2 3 2 4 非金属夹杂物 非金属夹杂物检验以同一炉罐号的锻件为一批 每批从相当于钢锭冒口 端的锻件上抽取一个试样 检验按G B 1 1 0 5 6 1 钢中非金属夹杂物含量的测 定 方法进行 2 3 2 5 表面质量与外形 锻件的表面质量和外形的检查应逐件进行 2 3 3 复验 2 3 3 1 在拉伸试验中 在一项指标不符合规定时 可在原试块最初取样部 位的附近 再取双倍数量的试样进行复验 复验的结果应全部符合表2 5 的 规定 2 3 3 2 在冲击试验中 若有一个试样不符合单个试样值要求时 可以从原 试块最初取样部位的附近 重新取三个试样进行复验 复验的结果必须符合 表2 6 的规定 1 7 哈尔滨工程大学硕十学位论文 2 3 3 3 拉伸 冲击和断口复验结果不符合规定的 允许对锻件进行重新调 质处理 然后重新检验全部力学性能 重新调质处理不得超过两次 重新试 验的试样数量与初验相同 2 3 3 4 化学成分或非金属夹杂物检验结果不合格时 不允许复验 按技术要求和检验规则对本工艺研究的Q D 6 8 5 钢进行了检验 其化学成 分 力学性能 非金属夹杂物 晶粒度 低倍 白点 表面质量及内部质量 均达到了要求 属合格产品 可以进行下一步的试验 2 4 本章小结 本研究采用的试验材料由巾2 0 0 的Q D 6 8 5 钢棒料钢坯 经我公司的锻造设 备进行锻造 在箱式电阻炉中进行热处理 本章通过对Q D 6 8 5 钢的技术条件的 进一步分析 介绍Q D 6 8 5 钢的制造及交货状态 对Q D 6 8 5 钢的化学成分及性能 指标进行介绍 对原材料进行初步的检验和进一步的复验的指标进行了阐述 介绍了材料的检验规则及组批方法 对下一步的锻造和热处理工艺提供了合 格的材料 为整个工艺试验的进行奠定了基础 1 8 哈尔滨T 程大学硕十学位论文 i 葺皇葺宣暑暑 暑i i i i i i i 昌置i 置i 昌i i i i i 暑昌 i i i i i i i 薯i 1 i 宣宣宣 宣暑置蕾暑葺宣昌宣置暑 宣i i i 暑 第3 章锻造工艺 3 1 锻件基本要求 Q D 6 8 5 钢主要是通过锻造使其产生塑性变形 改变尺寸 形状及改善性 能 得到高强度钢锻件 锻件要求圆角过渡 对任一块锻造试验坯料 任意 二面间夹角均要求锻造成圆角过渡状 锻件的化学成分符合表2 3 的规定 且不允许有肉眼可见的表面裂纹 折叠 缩孔 外来非金属夹杂等缺陷 3 2 锻造试验 3 2 1 试验目的 通过本试验的研究 在充分了解Q D 6 8 5 锻件对于产品的专用钢适应性的 同时 通过试验找出锻件的最佳生产工艺参数 达到独立生产合格的高质量 Q D 6 8 5 锻件 3 2 2 试验内容 3 2 2 1 试样编号 本试验采用试验样品共 7 6 块 进行了编号 试号为9 9 4 1 0 1 9 共7 6 个 3 2 2 2 试样规格 考虑不同壁厚的工件回火时间有所不同 本试验采用1 3 0 m m 8 0 r m 和 3 0 m m 三种规格的试样 其规格及数量见表3 1 表3 1 试块规格及数量 试块规格试块数量 1 3 0 1 5 0 x 2 0 01 9 块 8 0 1 5 0 2 0 01 9 块 3 0 X1 5 0 X 2 0 0 1 9 块 3 2 2 3 试样下料尺寸 本试验采用锯床下料 试样的下料尺寸见表3 2 表3 2 下料的尺寸 试块规格下料尺寸 1 3 0 1 5 0 X 2 0 0由2 0 0 1 3 0 8 0 X1 5 0 X 2 0 0巾2 0 0 8 2 3 0 1 5 0 X 2 0 0 巾2 0 0 9 8 锻在一起 然后割开 3 2 2 4 试锻试验 1 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 根据我公司以往生产高强度锻钢9 2 5 A 的经验 考虑制定了加热规范口们 如表3 3 所示 表3 3 锻造加热规范 装炉温度 5 0 0 C 即调质处理 经调质处理后 可以获得粒状细珠光体组 织 又称回火索氏体 基体己基本消除锻造后的残余应力 同时由于粒状碳 化物对基体没有片状碳化物那样的 切割作用 使钢的强度 塑性 韧性达 到比较恰当的配合 5 具有良好的综合机械性能 4 2 热处理试块规格 本试验采用锻造试验中1 3 0 m m 8 0 m 3 0 m m 三种壁厚的试块 试块尺寸 分别是1 3 0 m m X1 5 0 m i n x 2 0 0 n n 8 0 m m X1 5 0 r e x 2 0 0 m m 3 0 m m X1 5 0 r m X 2 0 0 m m 4 3 试验内容 4 3 1 首轮试验 4 3 1 1 试验内容 目前 参与Q D 6 8 5 锻钢研制的研究所提供的技术资料 6 1 1 7 1 8 1 9 1 1 6 1 1 n Q D 6 8 5 锻 钢有如表4 1 所列的以下五种热处理参数供参考 表4 1 可供参考的工艺方法 淬火保温系回火保温系数 序号淬火温度 回火温度 淬火介质 数 r a i n r a m r a in m A8 6 0 8 8 02 5 36 5 0 6 9 04 7 水 B8 9 03 小时6 6 0 5 水 C8 3 0 8 6 02 5 3 56 4 0 6 9 04 7水 一次8 8 0 一91 0 2 5 3 5 D 6 4 0 6 9 04 7 水 二次8 3 0 8 6 0 2 5 3 5 E8 8 0 9 1 02 5 3 56 4 0 6 9 04 7 水 从表4 1 中的五种不同的热处理工艺来看 回火工艺参数基本一致 只是 淬火工艺参数不同 综合五种工艺特点 并根据经验 我们选择了第五种工 艺参数作首轮试验的基础 如果不合适再适当调整 试验用试块为锻造所采 用的规格 通过不同的淬火及回火制度 组合成1 2 种工艺参数 淬火保温时 间根据不同的厚度分别选2 5 小时 2 小时和1 5 小时 上 下限回火温度 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i l lT i l l 暑i 暑置宣罩昌高 首先确定在6 5 0 C 和6 8 0 C 回火时间根据不同厚度尺寸分别选了6 小时 9 小时 5 小时 8 小时 4 小时和2 5 小时 这样就缩小了试验的范围 确定 了首轮热处理工艺试验的工艺参数 见表4 2 表4 2 首轮热处理试验工艺参数 序号试块编号壁厚 唧 淬火工艺参数回火工艺参数 19 6 01 3 0 8 9 0 x 2 5 小时6 5 0 x 6 小时 29 6 11 3 08 9 0 x 2 5 小时 6 5 0 9 小时 39 6 91 3 0 8 9 0 x 2 5 小时6 8 0 6 小时 49 6 81 3 0 8 9 0 x 2 5 小时6 8 0 x 9 小时 5 9 6 38 08 9 0 2 小时 6 5 0 5 小时 69 6 48 08 9 0 x 2 小时6 5 0 x 8 小时 79 7 18 08 9 0 x 2 小时6 8 0 x 5 小时 89 7 28 08 9 0 x 2 小时 6 8 0 8 小时 99 7 43 08 9 0 x 1 5 小时 6 5 0 x 2 5 小时 1 09 7 53 0 8 9 0 x 1 5 小时6 5 0 x 4 小时 1 1 9 6 6 3 08 9 0 x1 5 小时 6 8 0 x2 5 小时 1 29 6 73 08 9 0 x 1 5 小时 6 8 0 4 小时 a 淬火要求 入炉温度 8 0 0 升温速率 随炉 冷却 水冷至1 0 0 以下出水 淬火水温 淬火前 3 0 淬火介质的几点说明 1 如图4 1 所示 C 曲线与理想的淬火介质冷却曲线的关系乜1 该介质在钢 的过冷奥氏体分解最快的温度下 具有最强的冷却能力 在接近马氏体点时 冷却能力又变得缓和 这样既保证了淬火要求 又减少了淬火应力 防止了 淬火变形开裂 各种钢材的C 曲线不同 实际工件的尺寸不同 则应选择不 同的淬火介质 哈尔滨工程大学硕士学位论文 U 越 晤 丑寸同l o gr 图4 1C 曲线与理想的淬火介质冷却曲线的关系 不同的淬火介质 具有不同的冷却能力 为了表征淬火介质的冷却能力 用淬火烈度H 表示 H h 2 K 式中 h 一在整个淬火过程中热传导系数的平均值 K 一材料的导热系数 规定1 8 静止水的冷却能力H I 各种淬火介质的相对冷却能力见表 4 3 表4 3 各种介质的冷却能力 6 5 0 5 5 0 C 珠光体区 3 0 0 2 0 0 马氏体区 淬火介质 冷却能力 淬火能力 冷却能力 淬火能力 s 1 H s 叫 H O C 水 7 3 01 0 6 2 7 51 0 2 1 8 水6 0 0 1 0 0 2 7 01 0 0 3 0 水5 0 00 7 22 7 01 0 0 5 0 2 水1 0 00 1 72 7 0 1 0 0 7 4 水3 00 0 5 2 0 00 7 4 1 0 0 水2 60 0 4 4 1 9 00 7 I 如表4 3 所示 当淬火水温高于3 0 C 时 水的淬火能力急剧下降 为此 要求淬火前 3 0 哈尔滨丁程大学硕十学位论文 b 回火要求 入炉温度 6 0 0 升温速率 随炉 冷却 水冷至2 0 0 以下出水 淬火水温 淬火前 3 0 c 保温时问从仪表到温开始计时 d 每热处理炉次交验时应附有自动记录曲线 试块出炉至入水时间和试块出 水温度记录 4 3 1 2 力学性能试验 力学性能试验的按G B T 2 2 8 金属拉伸试验方法的要求进行 冲击试验按 G B T 2 2 9 金属夏比缺口冲击试验方法进行 4 3 2 1 取样数量 力学性能试样每个试块上取拉伸试样2 个 冲击试样3 个 4 3 2 2 取样方法及部位 拉伸试样对1 3 0 r m 试块在厚度的1 4 处和1 2 处横向各取1 个 其余规 格试样在1 2 部位取样 采用直径为1 0 m m 标距长度为5 0 姗的圆柱形试样 冲击试样对1 3 0 m m 厚试在距试块表面至少2 5 处横向取样 其余规格试 样在1 2 部位取样 采用1 0 X 1 0 5 5m m 缺口深度为2f i l m 的V 型缺口夏比 冲击试样 其缺口方向是锻件的厚度方向 4 3 2 3 力学性能结果 为了检验上述工艺是否合适 对热处理后的试块进行力学性能检验 根 据大纲要求晶粒度每个试块都进行了检验 对于夹杂物检验 随机地取了2 个试块 试验结果如表4 4 每个试块上取拉伸试样2 个 冲击试样3 个 哈尔滨工程大学硕十学位论文 l i r 暑 暑i 宣昌暑昌 i i i i i 宣i i i i 暑肓宣i i 薯皇i i i i i i i i i i 暑昌宣昌暑暑暑暑宣暑宣暑宣萱宣 i i i i i i 表4 4 首轮试验结果 断 试 抗拉强 伸面 晶 夹块壁 调质参数 屈服点 度 长 收 冲击功A J v 哪 F 粒 编厚 R 山舻a率 缩 杂 M P a 度 号 率 Z 6 8 5 记录 8 0 8 2 51 54 59 052 5 8 9 0 x2 5 h6 9 08 0 52 27 11 7 61 7 01 5 41 0 07 9 6 01 3 0 6 5 0 X 6 h 7 0 0 8 1 52 1 7 01 0 0 8 9 0 X2 5 h8 0 58 6 52 06 8 1 6 61 5 0 1 6 01 0 0 6 1 5 9 6 11 3 0 6 5 0 X 9 h 8 0 08 6 02 06 91 0 0 7 8 9 0 X 2 5 h 7 7 08 8 02 2 6 5 1 6 8 1 6 8 1 7 41 0 07 9 6 81 3 0 6 8 0 X 9 h 7 6 59 1 02 46 91 0 0 8 9 0 X 2 5 h8 3 08 2 01 74 88 61 0 21 1 8l o o7 9 6 91 3 0 6 8 0 X 6 h8 7 08 2 51 74 91 0 0 8 9 0 2 h7 1 08 2 02 16 61 8 41 6 41 7 01 0 07 9 6 38 0 6 5 0 X 5 h 7 2 0 8 2 52 1 6 61 0 0 8 8 9 0 X 2 h7 9 08 5 52 06 71 4 01 5 41 4 61 0 07 9 6 48 0 6 5 0 8 h7 8 08 4 52 06 81 0 0 8 9 0 2 h8 2 08 5 51 75 21 0 01 0 31 0 41 0 07 9 7 18 0 6 8 0 X 5 h 8 2 08 6 0 2 0 5 61 0 0 8 8 9 0 X 2 h6 9 57 9 5 2 2 6 51 5 61 7 01 7 31 0 07 9 7 28 0 6 8 0 X 8 h7 6 07 9 52 36 61 0 0 8 8 9 0 1 5 h 9 4 51 0 2 51 34 44 35 46 01 0 07 9 6 63 0 6 8 0 X 2 5 h 9 5 5 1 0 2 51 6 4 31 0 0 8 9 0 X 1 5 h7 3 08 3 5 2 1 6 51 3 81 4 61 5 21 0 07 9 6 73 0 6 8 0 X 4 h7 3 08 3 52 26 91 0 0 9 7 43 08 9 0 1 5 h8 0 08 7 51 96 31 3 81 4 61 4 91 0 07 哈尔滨工程大学硕士学位论文 6 5 0 X 2 5 h8 0 5 8 7 51 96 91 0 0 8 9 0 1 5 h8 7 09 1 5 1 86 71 3 81 5 01 3 4i 0 071 5 9 7 53 0 6 5 0 4 h 8 5 59 0 51 76 51 0 0 4 3 1 3 力学性能结果分析 根据表4 4 可以看出 每个试块的晶粒度 夹杂物的指标均合格 试块 9 6 0 9 6 1 9 6 8 9 6 3 9 6 4 9 7 1 9 7 2 9 6 7 9 7 4 的各项力学性能合格 试 块9 6 9 9 6 6 9 7 5 的力学性能不合格 试块9 6 9 不合格的原因是屈服强度 偏高于技术指标上限8 2 5 M P a 试块9 6 6 不合格的原因是屈服强度艮远高于 技术指标上限8 2 5 M P a 同时伸长率 断面收缩率 冲击功均不合格 试块9 7 5 不合格的原因是屈服强度凡 偏高于技术指标上限8 2 5 M a 从试验结果中可以看出如下规律 在6 5 0 回火时 随着回火温度时间的增加 k 上升 在6 8 0 回火时 随着回火温度时间的增加 氏下降 根据上述试验结果 淬火温度确定为8 9 0 C 是合适的 淬火保温时间不 同壁厚工件1 融2 5 小时基本上也是可行的 对于1 3 0 r a m 和8 0 n 壁厚的回 火温度确定为6 5 0 C 一6 8 0 9 C 区间基本上可行的 保温时间1 3 0 r