文/任文·太原重工股份有限公司铸锻件分公司

张军峰，王明哲·太原重型机械集团有限公司

QD型桥式起重机为三峡电站配套产品，型号为QD型1300/160t桥式起重机和QD型500/32/10t桥式起重机两种，此类型起重机本批锻件批次大、数量多，共64种324件，锻件服役于起重机的起升装置、制动装置等重要区域，材质涉及7种合金钢和碳钢，零件技术要求高，需制定多种工艺满足技术协议和质量大纲要求，驻厂监造工程师验收极为严格。

主要开发内容

产品主要技术参数及指标

QD型桥式起重机锻件产品制造需满足JB/T 5000-2007和TZS/K 717.1～15-2015标准要求。原材料化学成分见表1。

表1 原材料化学成分(%)

⑴化学成分允许偏差按GB/T 222-2006标准规定。

⑵ [H]≤2ppm、[O]≤35ppm、[N]≤70ppm。其他所有残余合金元素总量≤1.00%。

⑶原材料弯曲试验检测和验收执行GB/T 232-2010，出具每冶炼炉号的检测报告。

⑷普通锻件总锻造比不小于4.0，起升类锻件总锻造比不小于4.5。

⑸锻件粗加工后，按照图纸技术要求进行预备热处理和性能热处理，硬度和性能验收指标按TZS/K 717.4-2015和TZS/K 717.7-2015进行验收。

⑹锻件超声波探伤检测符合TZS/K 717.4-2015的所有要求。

⑺监理工程师见证项目。原材料化学成分和弯曲试验检测、锻件最终热处理后硬度检测、力学性能试棒的取样、力学性能检测过程、超声波探伤检测等。

开发设计方案

⑴锻件工艺流程为技术准备→原材料采购→原材料弯曲试验检测和化学成分检测→锻造→粗加工→正火+回火/调质处理→超声波探伤→硬度检测→力学性能检测→检测报告全部合格后交货。

⑵技术准备。深刻学习研究TZS/K 717-2015标准和用户质量大纲要求，制定三峡产品专用锻造、粗加工、热处理工艺，工艺由监理人员进行审核。

⑶原材料化学成分检测。实际投产原材料的化学成分中，不仅所有元素都在标准要求内，而且P、S、Cu、[H]等有害元素的含量都远低于标准要求。原材料弯曲试验检测。严格按《GB/T 232-2010 金属材料 弯曲试验方法》标准执行。首先选取部分材料经热处理和粗加工后进行试验性检测，检测合格并通过监理工程师认可后再大批量进行检测。经沟通确认，弯曲试样尺寸定为L=260mm、b=38mm、a=25mm，试验设备SBW-600弯曲试验机，部分检测结果见表2。

⑷锻造控制。为保证锻件质量和各项性能指标满足要求，根据零件实际情况制定锻造工艺，选择合理的锻造比，确保锻件致密度。对34CrNi3Mo、65Mn等锻造工艺性能较差的轴类锻件，为了防止锻件开裂，要求使用上平下V形砧锻造。

严格控制始、终锻温度，并用手持式测温仪现场测温，发现温度低于终锻温度的锻件应及时入炉。在生产中为了得到细晶粒组织，终锻或者精整工序等一般要取比始锻温度低50℃到100℃。

⑸锻件粗加工及改进。普通起重机产品执行TZS/K 717.4-2015标准，要求以性能检测为主，硬度检测作为参考，且硬度检测工序在最终热处理后精加工前进行。但根据QD型桥式起重机锻件产品技术协议和质量大纲要求，要同时保证锻件力学性能合格和精加工后表面硬度合格，这对粗加工余量余块把控提出了较高要求。尤其是对于车轮轴、偏心轴等特殊零件，这类零件不仅台阶多，而且材质多为淬透性差的碳钢，锻件粗加工余量、余块过大，会造成精加工后的表面硬度降低过多；我们还要考虑超声波探伤的因素，起重机锻件尺寸较小，粗加工不能一味的把零件台阶全部车出来，不仅要给探头留检测空间，还要避免出现探伤盲区；对于台阶落差尺寸特别大的零件，热处理后大直径台阶的硬度要比小直径台阶的硬度低。

以车轮轴为例，材质为45钢，属于主动车轮轴，连接车轮体、轴承等零部件，本零件台阶多且台阶落差较大，旧工艺特点是工艺简单、已照顾到主要受力面、粗加工和探伤工序容易执行、调质处理不易变形、生产周期短。但是缺点是部分区域余量大，精加工后硬度明显降低。

针对旧工艺的缺点，经过与热处理和理化试验人员的沟通，在保证不影响超声波探伤和热处理变形小的前提下，进行了改进：加工出部分落差较大（单边台阶落差大于10mm）的台阶，为保证超声波探伤无盲区，台阶长度不得小于30mm，且过渡圆角不能太大；小台阶处的热处理余量略多于大直径台阶处热处理余量，保证精加工后硬度均匀。改进方案已交与监造工程师审核并通过。

新粗加工工艺较好解决了精加工后硬度降低和不均匀的问题，寻找出热处理变形和保证热处理性能的平衡点，而且还不影响超声波探伤工序，保证了产品质量，但也造成了生产周期变长、超声波探伤工作量变大等问题。锻件粗加工后实物见图1。

图1 锻件粗加工图

⑹锻件热处理及改进。在粗加工工艺改进之后，为保证锻件精加工后表面硬度，热处理工艺也要相应改进，尤其是淬透性差的碳钢。我们跟踪研究了普通起重机锻件，在正常工艺调质处理后硬度检测合格，但锻件在精加工后，表面硬度下降了10～30HBW，虽仍符合标准要求，但处于标准下限，较容易出现局部不合格的情况。针对上述问题，我们要相应修改热处理工艺，在满足力学性能的前提下，要求锻件表面硬度在标准要求的中上限范围，在硬度下限范围即不合格。对于具体工艺，调质处理中的回火温度比标准降低10～20℃；正火处理的空冷工序必须吊下台车，并用鼓风机风吹。所有锻件热处理装炉严格按照装炉规定执行，必须保证锻件之间间隙。

另外因锻件台阶较多，一定要减小热处理变形的情况，装炉时注意装盘垫平，避免火焰直接喷到锻件上，且防止出现开裂、磕碰等缺陷。热处理后，检测变形量及加工余量，确保产品合格。以45钢车轮轴、滑轮轴锻件为例，调质工艺如图2所示。以45钢滑轮轴锻件为例，正火+回火工艺如图3所示。

图2 45钢车轮轴、滑轮轴锻件的调质工艺

图3 45钢滑轮轴锻件正火+回火工艺

尺寸检测合格后进行分厂内部先进行力学性能检测和硬度检测，自检合格后再通知监理工程师见证，监理工程师见证取样、力学性能检测工序，取样和制样工序严格按照TZS/K 717.3-2015标准执行，尤其是取样位置。理化鉴定中心对选取试样进行检测，部分性能结果见表3。

表3 部分力学性能检测结果

经改进后的热处理工艺不仅性能满足标准要求，精加工后硬度也符合标准要求。在超声波探伤完毕后顺利完成交货。

项目关键技术

⑴材料控制。经过研究分析，为保证锻件质量和试验成功率，原材料的冶炼方法采用电炉+精炼+真空脱气，严格控制原材料的化学成分、气体检测情况。

⑵锻造。保证锻件致密度、变形均匀性和优秀的表面质量，为后续热处理和探伤提供良好基础。

⑶粗加工。改进后的粗加工工艺，较好解决了精加工后硬度降低和不均匀的问题，寻找出热处理变形和保证热处理性能的平衡点，而且还不影响超声波探伤工序。

⑷热处理。在保证力学性能合格的前提下，改进热处理参数，适当提高锻件表面硬度，使得锻件在精加工后硬度仍符合标准。

结束语

QD型桥式起重机锻件的开发成功，保证了锻件各项指标符合图纸要求，锻件质量稳定可靠，为进一步拓展新型起重机锻件产品市场提供有力的经验数据和参考价值。但是我们认为目前的认识和理解还不够深刻，还有需要改进和完善的内容。本批锻件种类多材质杂，同种类锻件件数少，为确保产品的合格率，不能批量同时进行加热、锻造和热处理工序，而且还要专门特殊制定粗加工和热处理工艺，相比一般起重机锻件生产成本大、生产周期长，这是我们今后继续需要提高的地方。