潜艇升降装置用桅杆材料国产化难点分析

(海军驻武汉461厂军事代表室,武汉 430084)

长期以来，我国潜艇各型升降装置用桅杆材料一直依靠从国外进口，采购周期长，订货价格高，严重制约了我海军装备的发展。考虑到国内技术水平的提高和企业科研及生产能力的增强，结合实际工作经验，从冶炼、锻造、热处理及机加工4个方面，提出该产品国产化技术方向。

1 桅杆材料指标要求及研制技术难点

从我国自行研制第一代潜艇开始，潜艇升降装置桅杆材料就沿用苏联桅杆材料牌号12X18H10T，转换成国内牌号为1Cr18Ni9Ti，属奥氏体不锈钢材料，其国内外材料牌号化学成分对照见表1。

表1 国内外材料牌号化学成分对照表

从表1可以看出国内外两种牌号材料的化学成分相当，说明这两种牌号的材料属同一种材料。

1Cr18Ni9Ti的国标、国军标、设计技术要求对力学性能要求对照表见表2[1]。

表2 1Cr18Ni9Ti的国标、国军标、设计技术要求对力学性能要求对照

从表2可以看出,桅杆材料1Cr18Ni9Ti设计技术要求的抗拉强度和屈服强度均超过国家标准和国家军用标准的要求。由此，可以看出，该种材料的国产化研制难点就在于如何达到抗拉强度和屈服强度的指标要求。

将桅杆材料的国产化研制难点分解到材料的冶炼、锻造、热处理及机加工阶段。

1)冶炼阶段。由于1Cr18Ni9Ti为奥氏体不锈钢材料，该钢种C含量低，合金含量高，加入的Cr、Ni合金含量大，因此所需的冶炼时间长，导致冶炼过程中C、Ti含量难以控制，且钢中非金属夹杂物增多，钢水的脱氧难度大。

2)锻造阶段。由于该钢种温度控制范围窄，锻造过程中容易出现表面裂纹，且桅杆材料锻件为细长轴(长径比在40以上)，成形比较困难。

3)热处理阶段。该材料为奥氏体不锈钢材料，其固溶处理不会发生相变，不能通过相变强化使其力学性能。要提高其力学性能，特别是屈服强度，并保证较好的抗晶间腐蚀能力，在固溶处理时必须选择合适的温度及相应的保温时间，控制高温下奥氏体晶粒的长大趋势。

4)机加工阶段。由于该材料导热性和切削性能差，切削难以断屑，粘刀严重，加工硬化现象严重，刀具和切削面急剧摩擦产生大量切削热，对刀具寿命影响严重。另外，由该桅杆材料长径比大，刚性差，深孔加工时工件易发生钻偏、镗偏现象。

2 技术难点研究方向

2.1 冶炼阶段

重点在4个方面：①配料，配优质废钢、料头、生铁，严禁配入土铁、混带泥沙等，将足量的生铁配入最后一次料中，保证一定的配C量，确保P、S含量低，保证原材料的纯净度；②保持电炉炉况良好，初炼炉化清后吹氧促进熔池沸腾以氧化脱磷，促进气体和非金属夹杂物上浮，当钢水中P含量低时出钢，电炉出钢时，炉中预留一定的钢水，以杜绝氧化渣进入精炼包中，炉中加入一定的脱氧剂以快速沉淀脱氧；③保持精炼钢包包况良好，精炼过程中采用底吹氩气搅拌，分批加入Cr、Ni合金调整成分后，促进气体和非金属夹杂物上浮，进行真空处理后，加入大量的脱氧剂进行还原脱氧，再加入Ti合金调整成分，吊包浇注成钢锭，浇注系统“三吹一吸”，清洁干燥，浇注时进行氩气保护浇注，减少二次氧化带入非金属夹杂物，提高钢水纯净度；④冶炼前按照工艺试验制定内控化学成分，冶炼时严格按照内控化学成分要求控制各元素含量。

2.2 锻造阶段

重点在4个方面：①加热时严格控制加热速度和保温时间，保证钢锭的各部分受热充分、均衡，降低金属的变形抗力和内应力，为锻造成型做充分准备；②锻造时采用多火次、小压下量拔长，严格控制每一火的始锻和终锻温度，有效预防锻件表面产生裂纹；严格控制锻造工艺尺寸，确保底部和帽口端弃料充分，并采用上平下V形砧，使其始终处于压应力状态，加大金属的塑性变形，保证内部充分锻透；③当锻造过程中出现细小裂纹时，应立即停锻进行表面缺陷清理，待裂纹清除干净后再继续锻造，以保证锻件表面质量，并严格控制最后一火的终锻温度和每砧压下量，细化晶粒，为锻件最终的热处理奠定基础；④考虑到该钢种为奥氏体不锈钢，锻完后直接空冷，并采用鼓风强制冷却，使锻造内部组织大为改善，为固溶处理后的力学性能达标创造有利条件。

2.3 热处理阶段

重点在两方面:①1Cr18Ni9Ti为奥氏体不锈钢材料，故采用固溶处理的热处理方式。桅杆固溶处理时，锻造不会发生相变，因此要提高其力学性能，特别是屈服强度，并保证较好的抗晶间腐蚀能力，在固溶处理时必须选择合适的温度，并在该温度保温一定时间，控制高温下奥氏体晶粒长大的趋势，同时要有较快的冷却速度；②在淬火前开启循环泵，保证水循环，同时让桅杆材料在水中窜动，以保证其冷却充分均匀[2]。

2.4 机加工阶段

为解决机加工阶段的难点，应把控制的重点放在加工刀具的选择上，选用耐热耐磨的高强度刀片，并适当加大刀具的前角和后角，镗孔时采用优质木键做支撑并勤换木键，切削参数选择小切深，减小镗刀径向方向受力，以减小加工偏斜和振动。

[1] 贾耀卿.常用金属材料手册(上册)[M].2版.北京：中国标准出版社，2008.

[2] 赵昌盛.不锈钢的应用及热处理[M].北京：机械工业出版社，2010.