潛艇升降裝置用桅桿材料國產(chǎn)化難點(diǎn)分析

(海軍駐武漢461廠軍事代表室,武漢 430084)

長期以來，我國潛艇各型升降裝置用桅桿材料一直依靠從國外進(jìn)口，采購周期長，訂貨價(jià)格高，嚴(yán)重制約了我海軍裝備的發(fā)展?？紤]到國內(nèi)技術(shù)水平的提高和企業(yè)科研及生產(chǎn)能力的增強(qiáng)，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，從冶煉、鍛造、熱處理及機(jī)加工4個(gè)方面，提出該產(chǎn)品國產(chǎn)化技術(shù)方向。

1 桅桿材料指標(biāo)要求及研制技術(shù)難點(diǎn)

從我國自行研制第一代潛艇開始，潛艇升降裝置桅桿材料就沿用蘇聯(lián)桅桿材料牌號(hào)12X18H10T，轉(zhuǎn)換成國內(nèi)牌號(hào)為1Cr18Ni9Ti，屬奧氏體不銹鋼材料，其國內(nèi)外材料牌號(hào)化學(xué)成分對(duì)照見表1。

表1 國內(nèi)外材料牌號(hào)化學(xué)成分對(duì)照表

從表1可以看出國內(nèi)外兩種牌號(hào)材料的化學(xué)成分相當(dāng)，說明這兩種牌號(hào)的材料屬同一種材料。

1Cr18Ni9Ti的國標(biāo)、國軍標(biāo)、設(shè)計(jì)技術(shù)要求對(duì)力學(xué)性能要求對(duì)照表見表2[1]。

表2 1Cr18Ni9Ti的國標(biāo)、國軍標(biāo)、設(shè)計(jì)技術(shù)要求對(duì)力學(xué)性能要求對(duì)照

從表2可以看出,桅桿材料1Cr18Ni9Ti設(shè)計(jì)技術(shù)要求的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均超過國家標(biāo)準(zhǔn)和國家軍用標(biāo)準(zhǔn)的要求。由此，可以看出，該種材料的國產(chǎn)化研制難點(diǎn)就在于如何達(dá)到抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的指標(biāo)要求。

將桅桿材料的國產(chǎn)化研制難點(diǎn)分解到材料的冶煉、鍛造、熱處理及機(jī)加工階段。

1)冶煉階段。由于1Cr18Ni9Ti為奧氏體不銹鋼材料，該鋼種C含量低，合金含量高，加入的Cr、Ni合金含量大，因此所需的冶煉時(shí)間長，導(dǎo)致冶煉過程中C、Ti含量難以控制，且鋼中非金屬夾雜物增多，鋼水的脫氧難度大。

2)鍛造階段。由于該鋼種溫度控制范圍窄，鍛造過程中容易出現(xiàn)表面裂紋，且桅桿材料鍛件為細(xì)長軸(長徑比在40以上)，成形比較困難。

3)熱處理階段。該材料為奧氏體不銹鋼材料，其固溶處理不會(huì)發(fā)生相變，不能通過相變強(qiáng)化使其力學(xué)性能。要提高其力學(xué)性能，特別是屈服強(qiáng)度，并保證較好的抗晶間腐蝕能力，在固溶處理時(shí)必須選擇合適的溫度及相應(yīng)的保溫時(shí)間，控制高溫下奧氏體晶粒的長大趨勢。

4)機(jī)加工階段。由于該材料導(dǎo)熱性和切削性能差，切削難以斷屑，粘刀嚴(yán)重，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，刀具和切削面急劇摩擦產(chǎn)生大量切削熱，對(duì)刀具壽命影響嚴(yán)重。另外，由該桅桿材料長徑比大，剛性差，深孔加工時(shí)工件易發(fā)生鉆偏、鏜偏現(xiàn)象。

2 技術(shù)難點(diǎn)研究方向

2.1 冶煉階段

重點(diǎn)在4個(gè)方面：①配料，配優(yōu)質(zhì)廢鋼、料頭、生鐵，嚴(yán)禁配入土鐵、混帶泥沙等，將足量的生鐵配入最后一次料中，保證一定的配C量，確保P、S含量低，保證原材料的純凈度；②保持電爐爐況良好，初煉爐化清后吹氧促進(jìn)熔池沸騰以氧化脫磷，促進(jìn)氣體和非金屬夾雜物上浮，當(dāng)鋼水中P含量低時(shí)出鋼，電爐出鋼時(shí)，爐中預(yù)留一定的鋼水，以杜絕氧化渣進(jìn)入精煉包中，爐中加入一定的脫氧劑以快速沉淀脫氧；③保持精煉鋼包包況良好，精煉過程中采用底吹氬氣攪拌，分批加入Cr、Ni合金調(diào)整成分后，促進(jìn)氣體和非金屬夾雜物上浮，進(jìn)行真空處理后，加入大量的脫氧劑進(jìn)行還原脫氧，再加入Ti合金調(diào)整成分，吊包澆注成鋼錠，澆注系統(tǒng)“三吹一吸”，清潔干燥，澆注時(shí)進(jìn)行氬氣保護(hù)澆注，減少二次氧化帶入非金屬夾雜物，提高鋼水純凈度；④冶煉前按照工藝試驗(yàn)制定內(nèi)控化學(xué)成分，冶煉時(shí)嚴(yán)格按照內(nèi)控化學(xué)成分要求控制各元素含量。

2.2 鍛造階段

重點(diǎn)在4個(gè)方面：①加熱時(shí)嚴(yán)格控制加熱速度和保溫時(shí)間，保證鋼錠的各部分受熱充分、均衡，降低金屬的變形抗力和內(nèi)應(yīng)力，為鍛造成型做充分準(zhǔn)備；②鍛造時(shí)采用多火次、小壓下量拔長，嚴(yán)格控制每一火的始鍛和終鍛溫度，有效預(yù)防鍛件表面產(chǎn)生裂紋；嚴(yán)格控制鍛造工藝尺寸，確保底部和帽口端棄料充分，并采用上平下V形砧，使其始終處于壓應(yīng)力狀態(tài)，加大金屬的塑性變形，保證內(nèi)部充分鍛透；③當(dāng)鍛造過程中出現(xiàn)細(xì)小裂紋時(shí)，應(yīng)立即停鍛進(jìn)行表面缺陷清理，待裂紋清除干凈后再繼續(xù)鍛造，以保證鍛件表面質(zhì)量，并嚴(yán)格控制最后一火的終鍛溫度和每砧壓下量，細(xì)化晶粒，為鍛件最終的熱處理奠定基礎(chǔ)；④考慮到該鋼種為奧氏體不銹鋼，鍛完后直接空冷，并采用鼓風(fēng)強(qiáng)制冷卻，使鍛造內(nèi)部組織大為改善，為固溶處理后的力學(xué)性能達(dá)標(biāo)創(chuàng)造有利條件。

2.3 熱處理階段

重點(diǎn)在兩方面:①1Cr18Ni9Ti為奧氏體不銹鋼材料，故采用固溶處理的熱處理方式。桅桿固溶處理時(shí)，鍛造不會(huì)發(fā)生相變，因此要提高其力學(xué)性能，特別是屈服強(qiáng)度，并保證較好的抗晶間腐蝕能力，在固溶處理時(shí)必須選擇合適的溫度，并在該溫度保溫一定時(shí)間，控制高溫下奧氏體晶粒長大的趨勢，同時(shí)要有較快的冷卻速度；②在淬火前開啟循環(huán)泵，保證水循環(huán)，同時(shí)讓桅桿材料在水中竄動(dòng)，以保證其冷卻充分均勻[2]。

2.4 機(jī)加工階段

為解決機(jī)加工階段的難點(diǎn)，應(yīng)把控制的重點(diǎn)放在加工刀具的選擇上，選用耐熱耐磨的高強(qiáng)度刀片，并適當(dāng)加大刀具的前角和后角，鏜孔時(shí)采用優(yōu)質(zhì)木鍵做支撐并勤換木鍵，切削參數(shù)選擇小切深，減小鏜刀徑向方向受力，以減小加工偏斜和振動(dòng)。

[1] 賈耀卿.常用金屬材料手冊(上冊)[M].2版.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2] 趙昌盛.不銹鋼的應(yīng)用及熱處理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.