CN100537790C - 船用柴油机螺栓的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船用柴油机重要螺栓，特别是一种船用柴油机重要螺栓材料选用和材料热处理工艺方法。它使用40CrNiMoA钢轧制成直径50≤￠≤120mm的螺柱，轧制件的轧制比＞6；热处理过程中用厚为25mm左右的低碳钢板或耐热不锈钢板焊接而成的用于螺栓热处理的起吊装载工具。本发明方法通过对40CrNiMoA材料有效的热处理，使各种大截面的40CrNiMoA圆钢作为大型低速柴油机强力螺栓国产化替代材料，达到了性能最优，最经济合理。

Description

船用柴油机螺栓的热处理方法

技术领域：

本发明涉及船用柴油机重要螺栓，特别是一种船用柴油机螺栓材料选用和材料热处理工艺方法。

背景技术：

国内低速柴油机厂家生产的丹麦B&W设计公司的大功率低速船用柴油机的强力螺栓的材料牌号为ScrNi(机械性能要求如表1，化学成份见表2)。此牌号为丹麦标准，国标中未有完全符合的材料牌号对应。以前国内中低速柴油机一直采用性能高一挡的PCrNiMo锻件材料做强力螺栓的替代材料，其性能余度大，成本过高。随着柴油机市场竞争日益激烈，机价大幅度下降，此材料越来越不适应。

表1 B&W船用柴油机强力螺栓的机械性能要求

 

硬度	265-320HB
		Rm(MPa)	880-1080
Re(MPa)	≥685
		A(％)	≥16
Z(％)	≥55
		K<sub>v</sub>(J)	≥41

表2 化学成份要求

 

化学成份(％)	C	Mn	P	S	Si	Ni	Cr	Mo
									Min.Max.	0.34	0.50	0.036	0.036	0.4	1.5	1.5	0.2

为了降低制造成本，提高柴油机在市场上的竞争力，有人以性能相近的轧制40CrNiMoA材料取代SCrNi锻件以降低柴油机生产成本。但用此材料必须试验特殊热处理工艺，以达到设计性能指标。

在装炉方式上，过去螺栓并排散装在箱炉的炉底，为防止滚动，两边用铁块阻挡，其上在两螺栓空隙之间再依次摆放一层，以此向上叠加。为了保证螺栓能够受热均匀，上下最多只能叠放3层，这样就大大限制了箱炉的装炉量。

国内其他船用柴油机厂针对上述情况，采用一层工件放在一只料架的方式进行装炉，最多放三层。出炉用行车吊的方式能有效地解决上述问题，但是仍存在着一炉工件需3次出炉，每次出炉时由于出炉温度，出炉方式和冷却介质的温度的不同，导致每层工件冷却后的性能不同，换句话讲，炉内的一根实物试样，不能非常有效地代替另二层工件的性能。

因此，亟需发明40CrNiMoA材料有效的热处理工艺方法，解决各种大截面的40CrNiMoA圆钢作为大型低速柴油机强力螺栓国产化替代材料，达到了性能最优，最经济合理。

发明内容：

本发明的目的是提供一种船用柴油机螺栓材料选用和材料热处理工艺，通过对40CrNiMoA材料有效的热处理，使各种大截面的40CrNiMoA圆钢作为大型低速柴油机强力螺栓国产化替代材料，达到了性能最优，最经济合理。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种船用柴油机螺栓的热处理方法，其特征在于：使用40CrNiMoA钢轧制成直径50≤￠≤120mm的螺栓，轧制件的轧制比>6；用厚为25mm的低碳钢板或耐热不锈钢板焊接而成的用于螺栓热处理的起吊装载工具进行热处理工艺。

所述的船用柴油机螺栓的热处理方法，其特征在于：该起吊装载工具需要符合如下条件：

①起吊装载工具孔的直径一定要比选定的螺栓的直径大3-5mm，起吊装载工具每次热处理后，由于受热应力和组织应力的影响，起吊装载工具将产生一定的变形。过小的间隙，导致螺栓装卸困难，使用寿命短；过大的间隙，导致螺栓装卸晃动大，起吊装载工具强度低，淬火时不能有效地约束淬火变形。

②起吊装载工具各孔之间要保持适当的间距(约30mm)，过小的间距导致螺栓加热时间长，冷却不均匀，过大的间隙将导致螺栓的装炉量少，设备得用率低。

③起吊装载工具的上下左右均开工艺孔，其目的是为了箱式电阻炉的电阻丝的热辐射能直接和螺栓接触，缩短加热时间；在冷却时，不受铁板的阻档而影响到螺栓的冷却特性，确保淬火质量。

④整体式的结构可以保证同一炉批螺栓的加热环境相同，受热快速、均匀，也可以保证螺栓出炉、淬水和转入油冷的时间基本保持一致，冷却速度也基本相同，保证每根重要螺栓的机械性能基本一致。

所述的船用柴油机螺栓的热处理方法，其特征在于：直径￠≤80mm的螺栓采用常规的热处理工艺调质油淬。

所述的船用柴油机螺栓的热处理方法，其特征在于：直径￠>50mm的螺栓淬火时采用调质水淬油冷的方式。

该调质水淬油冷的方式的具体工艺参数是：

840±10℃×T1↓水淬油冷+600±10℃×T2↓空冷，其中T1、T2分别为淬火和回火保温时间，按常规计算。

当￠≥100mm时，回火温度应取590℃。

附图说明：

图1、图2是本发明方法中起吊装载工具的结构示意图。

图3是￠78mm试棒水淬油冷状态下的淬透性曲线。

图4是￠88mm试棒水淬油冷状态下的淬透性曲线。

图5是￠98mm试棒水淬油冷状态下的淬透性曲线。

图6是￠108mm试棒水淬油冷状态下的淬透性曲线。

图7是￠118mm试棒水淬油冷状态下的淬透性曲线。

具体实施方式：

本发明提供了船用柴油机螺栓材料选用和材料热处理工艺方法，它首先提出使用直径￠50-120mm的螺栓均可用轧制40CrNiMoA钢代用SCrNi锻钢，轧制件的轧制比>6。

对船用柴油机的气缸盖螺柱、连杆上、下轴承盖螺柱、主轴承盖螺柱和排气阀箱螺柱的螺纹尺寸进行调查，确定40CrNiMoA工艺试验的棒料直径分别为￠50-120mm。

本发明采用图1、2的吊装工具，船用柴油机40CrNiMo钢制重要螺栓的机机械性能如表3，各项机械性能指标全部满足B&W的技术要求：

表3 柴油机典型重要螺栓的热处理工艺和机械性能

本发明产品的制造方法如下：

1 整体工艺流程的步骤是：

1.1 小车。零件车至单边放2mm余量，两端倒角2*45°，并在一端用钢印敲上炉批号。

注意：每台份每炉号螺柱车2根联体试棒，RINA船检要求4根联体试棒2根联体试棒车至(螺栓长度+200)，其中200为试棒尺寸。

1.2 按工艺设计要求进行热处理

1.3 小车各档外圆单边放0.5mm余量车对

1.4 NC小车按图精加工对各档外圆(包括轧丝处尺寸)

1.5 轧丝

1.6 按H&Z48003-2001磁粉探伤并退磁.。

2 热处理工艺：

2.1 淬透性试验

化学光谱分析见表4，端淬试验见表5的40CrNiMoA试棒水淬油冷的淬透性曲线见表6(图3～图7)。由此可见，直径小于118mm的试棒完全能够淬透。

表4 化学成分的分析结果

表5 上钢五厂端淬试验报告

表6 40CrNiMoA(轧制件)不同截面淬火硬度测试记录

2.2 热处理工艺参数

2.2.1 直径￠≤80mm的螺柱采用常规的热处理工艺调质油淬就能够满足B&W设计公司的机械性能要求。但是考虑到在我公司实际生产条件下，直径￠>50mm实物螺柱淬火时硬度的均匀性，拟采用调质水淬油冷的方式为好。推荐工艺：840±10℃×T1↓水淬油冷+600±10℃×T2↓空冷(TI、T2分别为淬火和回火保温时间，按常规计算，)。当￠≥100mm时，回火温度应取下限(590℃)为宜。

2.2.2 水淬油冷按传统工艺1sec./3mm计算水冷时间显然是不够的，即应随着试棒截面尺寸的增大，水冷时间的参数也相应增大，同时还必须考虑实物螺柱装炉时的热容量作相应调整，详见40CrNiMoA钢的水淬油冷工艺参数及各炉型的水冷基数(见表7)。

表7 40CrNiMoA钢水淬油冷系数

注：①.表中所列的水冷系数是指采用图1和图2的吊装工具的螺栓的工艺参数，

②.螺柱直径介于表列数据之间时，按插入法计算。例如￠85mm直径的螺柱可按0.75sec./mm计算。

2.3 采用图1和图2的吊装工具进行热处理操作。

本发明与现有技术相比的优良技术效果如下：

1、本发明方法以40CrNiMoA钢替代PCrNilMo钢，并且以轧制件代用锻件，则仅材料采购成本将降低50％左右，若再加上机加工费用，预计每年可以降低几百万的材料采购费用

2、本发明方法中的起吊装载工具保证同一炉批重要螺栓的机械性能基本一致，可以有效地避免炉内一根实物试棒的机械性能好而同炉重要螺栓实物性能差的弊病。

3、本发明方法中的起吊装载工具增加了箱炉的装炉量，可以使箱炉的横向、纵向空间得到更充分的利用.炉气流通顺畅，减少了保温时间，也使炉子的用电大为减少，同时也克服了无法热装炉的能量损耗，节省能源。

4、本发明方法中的起吊装载工具改善了工人的劳动环境，减轻了操作工人的劳动强度，增加了安全性。使用此专用工具，起吊装载工具工人可以免去手工操作，改为用起吊工具进行远距离遥控操作，避免了意外危险的发生，也解决了热装炉的困难，使劳动变得舒适安全。

Claims (5)

1、一种船用柴油机螺栓的热处理方法，其特征在于：使用40CrNiMoA钢轧制成直径50≤￠≤120mm的螺栓，轧制件的轧制比>6；用厚为25mm的低碳钢板或耐热不锈钢板焊接而成的用于螺栓热处理的起吊装载工具进行热处理工艺；该起吊装载工具需要符合如下条件：

①起吊装载工具孔的直径一定要比选定的螺栓的直径大3-5mm；

②起吊装载工具各孔之间要保持30mm间距；

③起吊装载工具的上下左右均开工艺孔。

2、根据权利要求1所述的船用柴油机螺栓的热处理方法，其特征在于：直径￠≤80mm的螺栓采用常规的热处理工艺调质油淬。

3、根据权利要求1所述的船用柴油机螺栓的热处理方法，其特征在于：直径￠>50mm的螺栓淬火时采用调质水淬油冷的方式。

4、根据权利要求3所述的船用柴油机螺栓的热处理方法，其特征在于：该调质水淬油冷的方式的具体工艺参数是：

840±10℃×T1↓水淬油冷+600±10℃×T2↓空冷，其中T1、T2分别为淬火和回火保温时间，按常规计算。

5、根据权利要求4所述的船用柴油机螺栓的热处理方法，其特征在于：当￠≥100mm时，回火温度应取590℃。

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