[发明专利]一种能提高碳锰钢螺旋桨轴锻件机械性能的热处理方法

说明书

本发明涉及一种能提高碳锰钢螺旋桨轴锻件机械性能的热处理方法，先将熔炼分析化学成分符合要求的碳锰钢螺旋桨轴锻件加热到600～650℃保温，再升温至840～860℃均温后保温，出炉用水冷、空气冷、再水冷、油冷的冷却方式淬火冷却；回火，先加热到300～350℃保温，再升温至550～570℃均温后保温；保温结束后随炉冷却至400℃后，出炉空气冷得高机械性能的碳锰钢螺旋桨轴锻件。本发明采用加热、淬火冷却、回火的热处理方式，经本发明热处理的碳锰钢螺旋桨轴锻件抗拉强度751～817MPa，‑10℃低温冲击韧性27～62J，能满足13000吨多用途重吊船螺旋桨轴锻件的技术要求，生产过程操作性强。

技术领域

本发明属于碳锰钢螺旋桨轴锻件生产技术领域，主要涉及一种能提高碳锰钢螺旋桨轴锻件机械性能中的抗拉强度和低温冲击韧性的热处理方法。

背景技术

一般的碳锰钢螺旋桨轴锻件热处理的有效截面φ300～700mm的大型轴类锻件。其化学成分(％，wt，熔炼分析)如下：C:0.37％～0.44％，Si:0.17％～0.37％，Mn:0.70％～1.0％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.25％，Ni≤0.30％，Mo≤0.15％，Cu≤0.25％。其热处理方法是：加热到840～880℃均温、保温后正火，保温时间按0.6h/100mm计算，均温时间为1/2保温时间。回火：加热到550～620℃均温后保温，保温时间按2.0h/100mm计算，均温时间为1/2保温时间，保温结束后随炉冷却至400℃，出炉空气冷。大型轴类锻件性能测试的取样位置在距表面80mm，1/2、1/3半径处。

经正火+回火后碳锰钢螺旋桨轴锻件在保证600-750MPa抗拉强度下，室温冲击值≥18J，极少有低温冲击要求，甚至很多无冲击要求；然而此碳锰钢螺旋桨轴锻件机械性能要求抗拉强度高达720-870MPa,在这么高的强度下还要求做-10℃低温冲击(AKV(-10℃)≥27J)，强度提高了120MPa，冲击还有低温要求，要使其机械性能合格，难度极大。

由于该碳锰钢螺旋桨轴锻件要求适用于13000吨多用途重吊船。该船集合了散货船、集装箱船、多用途船、重吊船等功能一体，船长约150米、型宽约26米，设置航速15.3节，续航力可达12000海里，用于装载各种干散货、大型货物、重型货物和危险货物，同时该船还可至少装载1045标准集装箱。因此该碳锰钢螺旋桨轴锻件所要求高强度和低温冲击韧性的机械性能，采用常规的正火+回火热处理方法很难合格，必须采用提高机械性能热处理工艺的成分配比，合理的热处理方式和温度，使锻件各项性能满足技术要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能解决碳锰钢螺旋桨轴锻件高抗拉强度和低温冲击韧性的机械性能难题的提高碳锰钢螺旋桨轴锻件机械性能的热处理方法。

本发明目的实现方式为，一种能提高碳锰钢螺旋桨轴锻件机械性能的热处理方法，碳锰钢螺旋桨轴锻件的化学成分％，wt，熔炼分析如下：C:0.37％～0.41％，Si:0.19％～0.27％，Mn:0.86％～0.98％，P:0.009％～0.013％，S:0.005％～0.007％，Cr:0.021％～0.024％，Ni:0.022％～0.027％，Mo:0.07％～0.13％，V：0.08％～0.09％、Cu:0.08％～0.11％，其余元素满足要求；

热处理的具体步骤如下：

1)先将碳锰钢螺旋桨轴锻件加热到600～650℃并保温2小时，再升温至840～860℃均温、保温，保温时间按0.6h/100mm计算，均温时间为保温时间的1/2，出炉淬火冷却；

所述100mm指的是材料锻件热处理的有效截面；

所述出炉冷却方式为第一次水冷、空气冷、第二次水冷、油冷；第一次水冷时间按0.72s/mm计算，空气冷时间按0.24s/mm计算，第二次水冷时间按0.48s/mm计算，油冷时间按9.6s/mm计算；