本發(fā)明涉及一種通過(guò)優(yōu)化材料成分配比，并使用鍛后特殊正回火熱處理，使產(chǎn)品滿足用戶的高強(qiáng)度性能要求，省去調(diào)質(zhì)熱處理，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保、提高交貨期的大型船用高強(qiáng)度碳錳鋼中間軸鍛件及熱處理工藝，屬大型船用中間軸制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，隨著造船行業(yè)的不斷發(fā)展，船舶向大型化高速化發(fā)展，要求船舶航行環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，因此對(duì)船舶推進(jìn)系統(tǒng)的中間軸的要求也越來(lái)越高。現(xiàn)在許多大型船舶的中間軸的機(jī)械性能要求已從原來(lái)的屈服強(qiáng)度Re≥280MPa提高到了Re≥340MPa,抗拉強(qiáng)度Rm≥560MPa提高到了Rm≥640MPa，沖擊韌性也從原來(lái)的Kv≥18J提高到Kv≥27J。但是，大型碳鋼或碳錳鋼鍛件由于正火時(shí)受冷卻速度的限制，正回火后的屈服強(qiáng)度一般在300Mpa左右，抗拉強(qiáng)度一般在600Mpa左右，如JB/T6397-2006標(biāo)準(zhǔn)中45號(hào)鋼直徑在以上的鍛件其屈服強(qiáng)度要求為Re≥275MPa，另外，碳鋼或碳錳鋼大型鍛件往往容易產(chǎn)生混晶，晶粒難以細(xì)化等因素的影響，也會(huì)對(duì)鍛件的機(jī)械性能不利。具體表現(xiàn)在：一是由于該中間軸長(zhǎng)度長(zhǎng)，直徑大，鍛后往往造成鍛件粗晶和混晶現(xiàn)象，給鍛后熱處理造成很大困難。如果不解決粗晶和混晶的問題，那么鍛件的機(jī)械性能就無(wú)法滿足客戶要求；二是.傳統(tǒng)碳鋼或碳錳鋼正回火的強(qiáng)度比較低，對(duì)大直徑的大型鍛件來(lái)說(shuō)，只通過(guò)正回火熱處理是無(wú)法滿足各船級(jí)社的性能要求，都需通過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理才能滿足性能要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

設(shè)計(jì)目的：避免背景技術(shù)中的不足之處，設(shè)計(jì)一種在原有碳鋼、碳錳鋼大型船用中間軸鍛件生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)其化學(xué)成份的優(yōu)化，產(chǎn)品滿足用戶的高強(qiáng)度性能要求；通過(guò)熱處理工藝創(chuàng)新，使用鍛后特殊正回火熱處理省去調(diào)質(zhì)熱處理，達(dá)到節(jié)能環(huán)保、提高交貨期。

設(shè)計(jì)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目的。1、化學(xué)成份的優(yōu)化：根據(jù)該中間軸的機(jī)械性能指標(biāo)要求，如采用傳統(tǒng)的碳鋼或碳錳鋼經(jīng)正回火處理后，機(jī)械性能指標(biāo)無(wú)法滿足要求，因?yàn)椴牧系牧W(xué)性能與材料的金相組織和晶粒度有著重要關(guān)系,而材料的金相組織取決于其化學(xué)成分和熱處理方式。正回火后的晶粒遠(yuǎn)大于調(diào)質(zhì)后的晶粒，且正回火后的鐵素體和珠光體組織綜合力學(xué)性能也遠(yuǎn)差于調(diào)質(zhì)后的回火索氏體組織。所以細(xì)化晶粒也是提高機(jī)械性能的關(guān)鍵措施；其次，正火組織中珠光體量的多少?zèng)Q定了其強(qiáng)度的高低，珠光體含量越多，其強(qiáng)度越高。

合金元素的加入能提高鍛件的強(qiáng)度和細(xì)化晶粒度。Mn的加入不僅提高強(qiáng)度，還能提高其沖擊韌性，但Mn含量過(guò)高，容易造成鍛件MnS夾雜物偏析等缺陷，導(dǎo)致鍛件超聲波探傷不合格，因此，本申請(qǐng)將Mn含量控制在0.70-0.90％，另外，Cr也能有效地提高鍛件的強(qiáng)度和細(xì)化晶粒，改善機(jī)械性能，所以本申請(qǐng)將Cr的含量控制在0.20-0.25％。

微量元素Nb、Ti、V能起到細(xì)化鍛件的晶粒和提高強(qiáng)韌性作用，它們主要表現(xiàn)在在加熱過(guò)程中抑制奧氏體的形變?cè)俳Y(jié)晶并阻止其晶粒長(zhǎng)大，并通過(guò)它們的碳氮化合物的應(yīng)變誘導(dǎo)析出，對(duì)材料進(jìn)行沉淀強(qiáng)化。Nb完全固溶溫度較高，在均熱溫度不是很高時(shí)不宜單獨(dú)加入，Nb和V復(fù)合添加既能提高強(qiáng)度又能細(xì)化晶粒，V的固溶溫度低，可以起到沉淀強(qiáng)化作用，而Nb在較低溫度下大部分還沒有溶解，可以起到細(xì)化晶粒的作用。所以本申請(qǐng)加入少量的Nb和V元素。

C可以有效的提高強(qiáng)度，所以本申請(qǐng)將C控制0.45-0.50％。P具有冷脆性，S具有熱脆性，所以將有害雜質(zhì)元素控制P≤0.025％、S≤0.020％。作為經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的化學(xué)成份如下：

質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(％)：C 0.45～0.50、Si 0.27～0.37、Mn 0.70～0.90、Cr 0.20～0.25、Ni≤0.25、Nb 0.015～0.060、V 0.020～0.080、Cu≤0.20、P≤0.025、S≤0.020、其余Fe。

2、熱處理工藝改進(jìn)：按照C45E材質(zhì)，屈服強(qiáng)度要求≥340Mpa、抗拉強(qiáng)度要求≥640Mpa，傳統(tǒng)工藝需要調(diào)質(zhì)熱處理才能滿足要求。本申請(qǐng)對(duì)正回火熱處理工藝改進(jìn)，使中間軸經(jīng)過(guò)特殊正回火后直接滿足機(jī)械性能要求，從而省去調(diào)質(zhì)熱處理工序。節(jié)約能耗，降低成本，提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品及時(shí)交貨。

碳鋼或碳錳鋼大型鍛件鍛后正火處理的溫度，一般采用860℃正火，但結(jié)果往往有不同程度的混晶現(xiàn)象，提高正火溫度，可以消除混晶現(xiàn)象，所以本申請(qǐng)將正火溫度提高到890℃正火。正火溫度提高，能提高鍛件正火后的珠光體含量，從而提高鍛件的強(qiáng)度?；鼗饻囟扔性瓉?lái)的650℃改為590℃，降低回火溫度可以有效提高強(qiáng)度。熱處理升溫過(guò)程采用等溫升溫，有效提高金相組織均勻性，減小鍛件內(nèi)應(yīng)力。

本發(fā)明與背景技術(shù)相比，一是合金元素的加入能提高鍛件的強(qiáng)度和細(xì)化晶粒度；二是熱處理工藝改進(jìn)，省去調(diào)質(zhì)熱處理工序，節(jié)約能耗，降低成本，提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品及時(shí)交貨；三是熱處理升溫過(guò)程采用等溫升溫，有效提高金相組織均勻性，減小鍛件內(nèi)應(yīng)力。

附圖說(shuō)明

圖1是大型中間軸粗加工交貨示意圖。

圖2為大型中間軸傳統(tǒng)的正回火熱處理工藝；

圖3為大型中間軸傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)工藝；

圖4為取消調(diào)質(zhì)熱處理，改進(jìn)的正回火熱處理工藝。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：一種大型船用高強(qiáng)度碳錳鋼中間軸鍛件，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：C 0.48、Si 0.32、Mn 0.76、Cr 0.036、Ni 0.010、Nb＜0.0001、V＜0.0005、Cu 0.010、P 0.0065、S 0.0053，其余Fe。

實(shí)施例2：在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，添加0.20-0.25％鉻。其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：C 0.47、Si 0.31、Mn 0.85、Cr 0.23、Ni 0.008、Nb＜

0.0001、V＜0.0005、Cu 0.040、P 0.0071、S 0.0051。

實(shí)施例3：在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上,添加Nb 0.015～0.060、V 0.020～0.080。其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：C 0.46、Si0.34、Mn 0.0.83、Cr 0.21、Ni 0.090、Nb 0.0212、V 0.0291、Cu 0.05、P 0.0062、S 0.0041其余Fe。

實(shí)施例4：在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，按照C45E材質(zhì)，屈服強(qiáng)度要求≥340Mp、抗拉強(qiáng)度要求≥640MP，傳統(tǒng)工藝需要調(diào)質(zhì)熱處理才能滿足要求。本申請(qǐng)對(duì)正回火熱處理工藝改進(jìn)，使中間軸經(jīng)過(guò)正回火后直接滿足機(jī)械性能要求，從而省去調(diào)質(zhì)熱處理工序。節(jié)約能耗，降低成本，提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品及時(shí)交貨。

碳鋼或碳錳鋼大型鍛件鍛后正火處理的溫度，一般采用860℃正火，但結(jié)果往往有不同程度的混晶現(xiàn)象。提高正火溫度，可以消除混晶現(xiàn)象，所以本申請(qǐng)將正火溫度提高到890℃正火。正火溫度提高，也能提高鍛件正火后的珠光體含量，從而提高鍛件的強(qiáng)度?；鼗饻囟扔性瓉?lái)的650℃優(yōu)化為590℃，降低回火溫度可以有效提高強(qiáng)度。熱處理升溫過(guò)程采用等溫升溫，有效提高金相組織均勻性，減小鍛件內(nèi)應(yīng)力。

例1：45鋼經(jīng)不同正回火工藝處理后的機(jī)械性能。下表是45鋼水輪機(jī)主軸經(jīng)過(guò)不同正回火工藝處理后的機(jī)械性能。

45鋼水輪機(jī)主軸經(jīng)不同正回火工藝后的機(jī)械性能

從上表的結(jié)果可以看出，由于JB/T1271-2002標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)械性能的要求比較低，所以采用45鋼生產(chǎn)的水輪機(jī)主軸的機(jī)械性能在兩種不同的正火和回火工藝條件下，其機(jī)械性能均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)本申請(qǐng)也發(fā)現(xiàn)采用改進(jìn)后的正火和回火工藝，其抗拉強(qiáng)度更高，沖擊韌性更穩(wěn)定。但兩種工藝條件下，其機(jī)械性能均不能滿足高強(qiáng)度船用中間軸的性能要求。

例2：在例1基礎(chǔ)上添加0.20-0.25％鉻的C45E材料經(jīng)890℃正火和590℃回火后的大型中間軸的機(jī)械性能如下表。

添加0.20-0.25％鉻的機(jī)械性能

從上面的結(jié)果看，添加0.2-0.25％鉻的C45E材料中間軸經(jīng)過(guò)890℃正火和590℃回火后，其機(jī)械性能完全滿足了強(qiáng)度600MPa級(jí)的中間軸的性能要求，但與強(qiáng)度640MPa級(jí)的中間軸性能要求還有一定的差距。

例3：在例2基礎(chǔ)上經(jīng)添加Nb 0.015～0.060、V 0.020～0.080優(yōu)化后的C45E材料生產(chǎn)的中間軸性能

下表是經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的C45E材料生產(chǎn)的中間軸，經(jīng)890℃正火和590℃回火后的機(jī)械性能。

優(yōu)化后的機(jī)械性能

從上述結(jié)果來(lái)看，經(jīng)過(guò)化學(xué)成分的優(yōu)化，C45E材料所生產(chǎn)的大型船用中間軸，經(jīng)過(guò)890℃正火和590℃回火后，其最終機(jī)械性能完全滿足大型船用中間軸640MPa級(jí)的機(jī)械性能要求。

需要理解到的是：上述實(shí)施例雖然對(duì)本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路作了比較詳細(xì)的文字描述，但是這些文字描述，只是對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)思路的簡(jiǎn)單文字描述，而不是對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)思路的限制，任何不超出本發(fā)明設(shè)計(jì)思路的組合、增加或修改，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。