趙瑞忠 馬明方 楊觀強 王宗行

(上海重型機器廠有限公司，200245)

彎舵桿是將舵機動力傳遞到舵葉產(chǎn)生舵效的重要部件。隨著船舶噸位的日益增大, 彎舵桿的尺寸與重量也在增大，從而使該產(chǎn)品的鍛制難度顯著提高。我公司有多年生產(chǎn)大型彎舵桿的經(jīng)驗，最近又成功鍛制出32萬噸級原油船用彎舵桿，其鍛件重量達100 t，這在國內(nèi)尚屬首次。本文將對其鍛造及鍛后熱處理的工藝要點進行介紹。

1 技術(shù)要求

鍛件按DNV(挪威船級社)最新規(guī)范制造，需通過DNV船檢。

1.1 化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)：C≤0.26，Si≤0.45，Mn 0.30～1.5，S≤0.035，P≤0.035，殘余元素Cu+Cr+Ni+Mo≤0.80。

1.2 力學(xué)性能：Re≥240 MPa，Rm≥480 MPa，A5≥22%，Z≥30%，沖擊AKV(0℃)≥27 J。

1.3 鍛造比：方法蘭≥1.5，軸身≥3。

1.4 超聲波探傷：按IACS.Rec.2000標準驗收。

2 鍛造工藝

2.1 鍛件圖及鍛件重量的確定

參考我公司臺階軸類自由鍛件機加工余量規(guī)范確定鍛造基礎(chǔ)余量a為80 mm±20 mm，在彎舵桿零件尺寸上加放鍛造余量n×a(n為系數(shù))可以得到鍛件圖，見圖1。

圖1 彎舵桿鍛件圖Figure 1 The forging drawing of bend rudder stock

圖2 工藝參數(shù)及鍛件模擬圖Figure 2 The diagrammatic drawing for technological parameter of bend rudder stock forging

括號內(nèi)為零件尺寸，系數(shù)n由彎舵桿的鍛造特點和難易程度確定。見圖2，考慮到鍛造中彎曲會產(chǎn)生拉薄現(xiàn)象，梯形扁方和方身d處n=1.5，同時彎舵桿的偏心較大(方法蘭與桿體中心距為1 810 mm)，故方法蘭高度b處n=2。

分別計算鍛件各部分重量并考慮鍛壓余塊重量，相加可以得到該鍛件重約100 t，選用170 t雙真空鋼錠，利用率59%，用165 MN油壓機鍛造。

2.2 彎曲角度α的計算

鍛件最終是彎曲成形，彎曲角度α，見圖2，是一個重要的工藝參數(shù)，關(guān)系著方法蘭加工余量的大小。文獻[1]中提出的α角計算公式為：

(1)

將圖1括號內(nèi)相應(yīng)數(shù)值代入式(1)，可得到α=19.2°。

經(jīng)過我們分析并結(jié)合公司多年的生產(chǎn)彎舵桿的經(jīng)驗，我們提出以鍛件尺寸計算α角更為貼合生產(chǎn)實際，我們采用的計算公式為：

(2)

相應(yīng)數(shù)值代入式(2)，得到α=18.5°。兩種計算方法，在本例中得到的角度相差0.7°，圖2的P處(陰影部分)是按式(1)計算α角得到的鍛件圖中完全不必要的余塊，所以按式(1)計算α角的結(jié)果就是浪費材料、產(chǎn)生了大量的機加工工時，同時會造成方法蘭上下平面加工余量不均。

2.3 號印方坯尺寸計算

號印前方坯在方法蘭高度方向的尺寸H坯按式(3)計算：

H坯=E×cosα

(3)

寬度方向應(yīng)考慮號印拉縮量，一般取臺階差的七分之一，其寬度B坯計算公式見式(4)：

(4)

相應(yīng)數(shù)值代入式(3)及式(4)，得到H坯=1 930 mm，B坯=2 230 mm。

2.4 鍛造工藝過程及要點

彎舵桿鍛造工藝過程見表1。

在實際操作中，要注意以下幾點：

(1)鋼錠“T”肩部分含有先凝固的夾雜物，在鍛造彎舵桿時，在方法蘭部分形成薄層夾雜區(qū)，會對磁粉探傷等造成不良影響，所以在鍛造前一定要預(yù)先燒剝掉鋼錠的“T”肩。

(3)在生產(chǎn)中，拔制斜度及彎型是很難控制和測量的，所以要根據(jù)彎曲角度α制作斜度樣板，根據(jù)粗加工尺寸制作彎型樣板。拔制斜度時應(yīng)經(jīng)常比對斜度樣板，確保斜度與工藝相符；彎型完工時要比對彎型樣板，要盡可能避免彎度不夠或過大。

3 鍛后熱處理

3.1 常規(guī)鍛后熱處理

彎舵桿在常規(guī)鍛后熱處理后其方法蘭往往產(chǎn)生晶粒粗大且性能不合格的現(xiàn)象，其原因在于：

(1)在鍛造過程中，彎舵桿在鍛造過程中要多次加熱到1 220℃以上，而且常處于局部鍛造狀態(tài)，其方法蘭在奧氏體狀態(tài)下晶粒長大很快，重結(jié)晶過程不能理想的將這部分晶粒全部細化。

(2)常規(guī)鍛后熱處理工藝對冷卻速度重視不夠，產(chǎn)生的組織達不到高強度的要求。

3.2 工藝的改進

表1 鍛造工藝過程Table 1 The forging process

圖3 改進后的鍛后熱處理工藝Figure 1 The improved heat treatment process after forging

經(jīng)過分析，我們認為在鍛后熱處理工藝中，應(yīng)突出細化晶粒，以較快的冷卻速度促進重結(jié)晶。圖3為改進后的鍛后熱處理工藝，其中，我們增加了一次高溫奧氏體化，用來細化晶粒，同時，正火后以鼓風(fēng)冷卻方式增加冷卻速度。

4 結(jié)論

鍛制方法蘭截面尺寸及偏心距較大的彎舵桿非常困難，文中提出以鍛件尺寸為基準計算彎曲角度α，這樣更貼合生產(chǎn)實際，可以解決彎舵桿方法蘭加工余量不均的問題。同時，對彎舵桿常規(guī)鍛后熱處理工藝進行調(diào)整，增加一次高溫奧氏體化用來細化粗大的晶粒，以滿足無損檢測及力學(xué)性能的要求。

我公司應(yīng)用本文介紹的鍛壓及鍛后熱處理工藝鍛制32萬噸級原油船用彎舵桿，產(chǎn)品加工余量均勻、性能及探傷均合格，并順利通過了DNV船檢。

[1] 何靜.大方頭彎舵桿鍛造.大型鑄鍛件，1999(01)：36-39.

[2] 齊作玉.大鍛件鍛壓工藝參數(shù)化的研究.大型鑄鍛件，2010(01)：9-11，29.

[3] RULES FOR CLASSIFICATION OF DET NORSKE VERITAS，2006.01.

[4] 彭大暑主編.金屬塑性加工原理.湖南：中南大學(xué)出版社，2004.

[5] 鍛件生產(chǎn)新工藝、新技術(shù)與質(zhì)量檢驗標準實用手冊.廣州：廣州音像出版社.2004.04.