QD型橋式起重機鍛件產(chǎn)品開發(fā)

文/任文·太原重工股份有限公司鑄鍛件分公司

張軍峰，王明哲·太原重型機械集團有限公司

QD型橋式起重機為三峽電站配套產(chǎn)品，型號為QD型1300/160t橋式起重機和QD型500/32/10t橋式起重機兩種，此類型起重機本批鍛件批次大、數(shù)量多，共64種324件，鍛件服役于起重機的起升裝置、制動裝置等重要區(qū)域，材質(zhì)涉及7種合金鋼和碳鋼，零件技術(shù)要求高，需制定多種工藝滿足技術(shù)協(xié)議和質(zhì)量大綱要求，駐廠監(jiān)造工程師驗收極為嚴格。

主要開發(fā)內(nèi)容

產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)

QD型橋式起重機鍛件產(chǎn)品制造需滿足JB/T 5000-2007和TZS/K 717.1～15-2015標(biāo)準要求。原材料化學(xué)成分見表1。

表1 原材料化學(xué)成分(%)

⑴化學(xué)成分允許偏差按GB/T 222-2006標(biāo)準規(guī)定。

⑵ [H]≤2ppm、[O]≤35ppm、[N]≤70ppm。其他所有殘余合金元素總量≤1.00%。

⑶原材料彎曲試驗檢測和驗收執(zhí)行GB/T 232-2010，出具每冶煉爐號的檢測報告。

⑷普通鍛件總鍛造比不小于4.0，起升類鍛件總鍛造比不小于4.5。

⑸鍛件粗加工后，按照圖紙技術(shù)要求進行預(yù)備熱處理和性能熱處理，硬度和性能驗收指標(biāo)按TZS/K 717.4-2015和TZS/K 717.7-2015進行驗收。

⑹鍛件超聲波探傷檢測符合TZS/K 717.4-2015的所有要求。

⑺監(jiān)理工程師見證項目。原材料化學(xué)成分和彎曲試驗檢測、鍛件最終熱處理后硬度檢測、力學(xué)性能試棒的取樣、力學(xué)性能檢測過程、超聲波探傷檢測等。

開發(fā)設(shè)計方案

⑴鍛件工藝流程為技術(shù)準備→原材料采購→原材料彎曲試驗檢測和化學(xué)成分檢測→鍛造→粗加工→正火+回火/調(diào)質(zhì)處理→超聲波探傷→硬度檢測→力學(xué)性能檢測→檢測報告全部合格后交貨。

⑵技術(shù)準備。深刻學(xué)習(xí)研究TZS/K 717-2015標(biāo)準和用戶質(zhì)量大綱要求，制定三峽產(chǎn)品專用鍛造、粗加工、熱處理工藝，工藝由監(jiān)理人員進行審核。

⑶原材料化學(xué)成分檢測。實際投產(chǎn)原材料的化學(xué)成分中，不僅所有元素都在標(biāo)準要求內(nèi)，而且P、S、Cu、[H]等有害元素的含量都遠低于標(biāo)準要求。原材料彎曲試驗檢測。嚴格按《GB/T 232-2010 金屬材料 彎曲試驗方法》標(biāo)準執(zhí)行。首先選取部分材料經(jīng)熱處理和粗加工后進行試驗性檢測，檢測合格并通過監(jiān)理工程師認可后再大批量進行檢測。經(jīng)溝通確認，彎曲試樣尺寸定為L=260mm、b=38mm、a=25mm，試驗設(shè)備SBW-600彎曲試驗機，部分檢測結(jié)果見表2。

⑷鍛造控制。為保證鍛件質(zhì)量和各項性能指標(biāo)滿足要求，根據(jù)零件實際情況制定鍛造工藝，選擇合理的鍛造比，確保鍛件致密度。對34CrNi3Mo、65Mn等鍛造工藝性能較差的軸類鍛件，為了防止鍛件開裂，要求使用上平下V形砧鍛造。

嚴格控制始、終鍛溫度，并用手持式測溫儀現(xiàn)場測溫，發(fā)現(xiàn)溫度低于終鍛溫度的鍛件應(yīng)及時入爐。在生產(chǎn)中為了得到細晶粒組織，終鍛或者精整工序等一般要取比始鍛溫度低50℃到100℃。

⑸鍛件粗加工及改進。普通起重機產(chǎn)品執(zhí)行TZS/K 717.4-2015標(biāo)準，要求以性能檢測為主，硬度檢測作為參考，且硬度檢測工序在最終熱處理后精加工前進行。但根據(jù)QD型橋式起重機鍛件產(chǎn)品技術(shù)協(xié)議和質(zhì)量大綱要求，要同時保證鍛件力學(xué)性能合格和精加工后表面硬度合格，這對粗加工余量余塊把控提出了較高要求。尤其是對于車輪軸、偏心軸等特殊零件，這類零件不僅臺階多，而且材質(zhì)多為淬透性差的碳鋼，鍛件粗加工余量、余塊過大，會造成精加工后的表面硬度降低過多；我們還要考慮超聲波探傷的因素，起重機鍛件尺寸較小，粗加工不能一味的把零件臺階全部車出來，不僅要給探頭留檢測空間，還要避免出現(xiàn)探傷盲區(qū)；對于臺階落差尺寸特別大的零件，熱處理后大直徑臺階的硬度要比小直徑臺階的硬度低。

以車輪軸為例，材質(zhì)為45鋼，屬于主動車輪軸，連接車輪體、軸承等零部件，本零件臺階多且臺階落差較大，舊工藝特點是工藝簡單、已照顧到主要受力面、粗加工和探傷工序容易執(zhí)行、調(diào)質(zhì)處理不易變形、生產(chǎn)周期短。但是缺點是部分區(qū)域余量大，精加工后硬度明顯降低。

針對舊工藝的缺點，經(jīng)過與熱處理和理化試驗人員的溝通，在保證不影響超聲波探傷和熱處理變形小的前提下，進行了改進：加工出部分落差較大（單邊臺階落差大于10mm）的臺階，為保證超聲波探傷無盲區(qū)，臺階長度不得小于30mm，且過渡圓角不能太大；小臺階處的熱處理余量略多于大直徑臺階處熱處理余量，保證精加工后硬度均勻。改進方案已交與監(jiān)造工程師審核并通過。

新粗加工工藝較好解決了精加工后硬度降低和不均勻的問題，尋找出熱處理變形和保證熱處理性能的平衡點，而且還不影響超聲波探傷工序，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，但也造成了生產(chǎn)周期變長、超聲波探傷工作量變大等問題。鍛件粗加工后實物見圖1。

圖1 鍛件粗加工圖

⑹鍛件熱處理及改進。在粗加工工藝改進之后，為保證鍛件精加工后表面硬度，熱處理工藝也要相應(yīng)改進，尤其是淬透性差的碳鋼。我們跟蹤研究了普通起重機鍛件，在正常工藝調(diào)質(zhì)處理后硬度檢測合格，但鍛件在精加工后，表面硬度下降了10～30HBW，雖仍符合標(biāo)準要求，但處于標(biāo)準下限，較容易出現(xiàn)局部不合格的情況。針對上述問題，我們要相應(yīng)修改熱處理工藝，在滿足力學(xué)性能的前提下，要求鍛件表面硬度在標(biāo)準要求的中上限范圍，在硬度下限范圍即不合格。對于具體工藝，調(diào)質(zhì)處理中的回火溫度比標(biāo)準降低10～20℃；正火處理的空冷工序必須吊下臺車，并用鼓風(fēng)機風(fēng)吹。所有鍛件熱處理裝爐嚴格按照裝爐規(guī)定執(zhí)行，必須保證鍛件之間間隙。

另外因鍛件臺階較多，一定要減小熱處理變形的情況，裝爐時注意裝盤墊平，避免火焰直接噴到鍛件上，且防止出現(xiàn)開裂、磕碰等缺陷。熱處理后，檢測變形量及加工余量，確保產(chǎn)品合格。以45鋼車輪軸、滑輪軸鍛件為例，調(diào)質(zhì)工藝如圖2所示。以45鋼滑輪軸鍛件為例，正火+回火工藝如圖3所示。

圖2 45鋼車輪軸、滑輪軸鍛件的調(diào)質(zhì)工藝

圖3 45鋼滑輪軸鍛件正火+回火工藝

尺寸檢測合格后進行分廠內(nèi)部先進行力學(xué)性能檢測和硬度檢測，自檢合格后再通知監(jiān)理工程師見證，監(jiān)理工程師見證取樣、力學(xué)性能檢測工序，取樣和制樣工序嚴格按照TZS/K 717.3-2015標(biāo)準執(zhí)行，尤其是取樣位置。理化鑒定中心對選取試樣進行檢測，部分性能結(jié)果見表3。

表3 部分力學(xué)性能檢測結(jié)果

經(jīng)改進后的熱處理工藝不僅性能滿足標(biāo)準要求，精加工后硬度也符合標(biāo)準要求。在超聲波探傷完畢后順利完成交貨。

項目關(guān)鍵技術(shù)

⑴材料控制。經(jīng)過研究分析，為保證鍛件質(zhì)量和試驗成功率，原材料的冶煉方法采用電爐+精煉+真空脫氣，嚴格控制原材料的化學(xué)成分、氣體檢測情況。

⑵鍛造。保證鍛件致密度、變形均勻性和優(yōu)秀的表面質(zhì)量，為后續(xù)熱處理和探傷提供良好基礎(chǔ)。

⑶粗加工。改進后的粗加工工藝，較好解決了精加工后硬度降低和不均勻的問題，尋找出熱處理變形和保證熱處理性能的平衡點，而且還不影響超聲波探傷工序。

⑷熱處理。在保證力學(xué)性能合格的前提下，改進熱處理參數(shù)，適當(dāng)提高鍛件表面硬度，使得鍛件在精加工后硬度仍符合標(biāo)準。

結(jié)束語

QD型橋式起重機鍛件的開發(fā)成功，保證了鍛件各項指標(biāo)符合圖紙要求，鍛件質(zhì)量穩(wěn)定可靠，為進一步拓展新型起重機鍛件產(chǎn)品市場提供有力的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和參考價值。但是我們認為目前的認識和理解還不夠深刻，還有需要改進和完善的內(nèi)容。本批鍛件種類多材質(zhì)雜，同種類鍛件件數(shù)少，為確保產(chǎn)品的合格率，不能批量同時進行加熱、鍛造和熱處理工序，而且還要專門特殊制定粗加工和熱處理工藝，相比一般起重機鍛件生產(chǎn)成本大、生產(chǎn)周期長，這是我們今后繼續(xù)需要提高的地方。