船用軸鍛件是船舶的重要部件,在船舶制造中占有重要地位。隨著航運(yùn)事業(yè)的迅速發(fā)展,船舶用大鍛件尺寸日益增大,對(duì)大鍛件性能要求越來越高.此類鍛件性能要求為抗拉強(qiáng)度R≥640MPa～780MPa，屈服強(qiáng)度R> 340MPa，延伸率A5≥17％，斷面收縮率Z> 40％，沖擊功一l0℃ k ≥27J。國標(biāo) G699- 1999? 中45#鋼(850°C=正火 +840~C 淬火 + 600°C回火 )性 能 要求 為 R ≥600MPa ，R > 355MPa ，A5≥ 16％ ，Z≥4O％ ，AkI> 39J.對(duì)比分析此類鍛件一IO~C沖擊韌性要求極高，因此提高低溫沖擊韌性是亟待解決的難點(diǎn)問題之一。

1.試驗(yàn)材料

利用本廠現(xiàn)有的45#鋼余料進(jìn)行試制 ，煉鋼方法為VD + LB3 ，試料截面尺寸為直徑385mm，與實(shí)際訂貨尺寸相同。

2.顯微組織對(duì)低溫沖擊韌性的影響

（1）小試樣熱處理試驗(yàn)

 在熱處理模擬爐 中進(jìn)行不同淬火溫度的調(diào)質(zhì)模擬試驗(yàn) ，為制定熱處理工藝提供參考 。方案 1：淬火溫度為 770°C ，回火溫度均為630°C 。方案2 ：淬火溫度為850℃，回火溫度均為630℃。熱處理工藝。拉伸試樣尺寸為(直徑20mm ×120mm的圓柱形試樣 ，在室溫下進(jìn)行試驗(yàn)。沖擊韌性試樣尺寸為10mm×10mm×55mm的夏比V型缺口試樣 ，試驗(yàn)溫度為一10°C .

  隨著淬火溫度的增加 ，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增大 。這是因?yàn)榇慊饻囟炔捎?70°C 時(shí) ，為略低于A ，(785 )點(diǎn) 的亞溫淬火 ，較淬火溫度為85O℃相比，組織中大部分為馬氏體硬相，但可能保留一部分韌性鐵素體相，降低鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度 ，甚至有可能使鋼的沖擊韌性略有提高。可以看出，雖兩種淬火加熱溫度均可以滿足一10％A>27J的要求，但采用亞溫淬火對(duì)提高沖擊韌性效果不佳。因此船用軸鍛件應(yīng)采用能得到較高強(qiáng)度的850％調(diào)質(zhì)熱處理 .

（2）大截面鍛件的模擬試驗(yàn)

 小試樣雖然滿足力學(xué)性能要求 ，在相同的熱處理方式下模擬件可能會(huì)因?yàn)榻孛娉叽巛^大(直徑385mm)限制冷卻速度從而影響低溫沖擊性能 ，因此設(shè)計(jì)兩種不同冷速的調(diào)質(zhì)工藝進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn) 。淬火溫度為850℃ ，回火溫度為630℃ ，冷卻方式 1：采用雙液淬火，水冷5m in + 油冷120min～140min ；冷卻方式 2 ：水冷60min 一80min ，取樣位置為距表面80mm 。

  兩種不同冷卻速度冷卻的模擬件強(qiáng)度均能滿足要求，但低溫沖擊韌性均達(dá)不到 一10℃A k ≥27 J 的要求 。水冷60min 一80min的模擬件較水冷5min + 油冷120min一140min的模擬件沖擊韌性沒有得到明顯提高。結(jié)合金相組織 ，在兩種不同的冷卻方式下組織均為珠光體 + 鐵素體 ，局部存在少量貝氏體組織。

（3）S ,P 元素和夾雜物對(duì)低溫沖擊韌性的影響

 本試驗(yàn)料S、P含量均較低 ，S元素含量為0．002％ ，P元素含量為0.004％ ，可見 S 、P 并不是導(dǎo)致低溫沖擊韌性低的原因。對(duì)不同冷卻速度的模擬件距表面80mm進(jìn)行了夾雜物測(cè)定，A 類、B 類、D類夾雜物均為 0．5 級(jí) ，而C類 (硅酸鹽類)級(jí)別較高 。A 、B 、D 類夾雜物含量均很低 ，鋼中的S元素含量也較低 ，可見S元素并不是導(dǎo)致低溫沖擊韌性不合格的原因。c 類夾雜物含量較高，***高達(dá)到 2.5 級(jí) ，對(duì) 比用戶提供的韓國合格鍛件 ，夾雜物較高 ，這可能與澆注系統(tǒng)潔凈度低有關(guān)。這類夾雜物破壞金屬的延續(xù)性 ，降低鋼的強(qiáng)度和塑韌性 ，尤其在低溫的情況下，鋼脆性增強(qiáng)。因此c類夾雜物含量高有可能是導(dǎo)致低溫沖擊韌性不合格的重要原因之一。

（4）晶粒度對(duì)低溫沖擊韌性的影響

 為了探索晶粒度對(duì)此類鍛件低溫沖擊韌性的影響，對(duì)兩種冷卻速度的試制件距表面80mm位置進(jìn)行了晶粒度檢驗(yàn) ，晶粒度級(jí)別為5 ～6 級(jí)。細(xì)化晶粒是四種強(qiáng)化機(jī)制中***提高強(qiáng)度而又增加韌性的強(qiáng)化機(jī)制 ，晶粒越細(xì)，晶界越多，裂紋擴(kuò)展阻力越大 ，沖擊功就越高。因此 ，一方面可以加入細(xì)化晶粒的元素 ，另一方面可以通過控制鍛造溫度得到均勻細(xì)小的再結(jié)晶晶粒 ，還可以控制熱處理的溫度細(xì)化組織，從而達(dá)到既保證強(qiáng)度又能提高低溫韌性的目的。

①鋼錠冒口端C、Mo元素存在少量負(fù)偏析, 在不同高度處沿徑向由邊緣至中心含量不斷增加，距離鋼錠中心部位越近,偏析程度越高。冒口中心上部C、Mo含量***高。鋼錠水口C、Mo元素 含量變化不大,中心上部存在負(fù)偏析,邊緣及下部存在少偏析鋼錠凝固會(huì)產(chǎn)生正偏析區(qū)和負(fù)偏析區(qū)偏析區(qū)位于鋼錠上部及冒U部位，偏析較為嚴(yán)重,負(fù)偏析區(qū)位于鋼錠下部及水口部 位,偏析較為輕微需要調(diào)整澆注溫度改善正、負(fù)偏析。

②鋼錠冒口部位無縮孔，表明鋼錠冒口保溫條件良好，冒口補(bǔ)縮良好,但冒口縱截面存在較嚴(yán)重的條狀偏析。水口部位質(zhì)爾:較好，末發(fā)現(xiàn)缺陷。需要調(diào)整各包澆注溫度進(jìn)行改善。

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