梁健

摘 要：隨著亞洲投資銀行的成立和“一路一帶”國家戰(zhàn)略的實(shí)施，隨著國防現(xiàn)代化的深入，國內(nèi)在超特厚鋼板的需求方面，質(zhì)和量的要求必然會再上一個臺階，本文試圖通過船閘背拉桿的選材實(shí)例，展現(xiàn)令人擔(dān)憂的熱軋型超特厚低碳鋼板的供貨和質(zhì)量現(xiàn)狀，從而希望喚起相關(guān)企業(yè)的高度重視，并能夠在這一領(lǐng)域苦練內(nèi)功，縮小差距，趕超世界先進(jìn)水平。船閘大型人字門的關(guān)鍵零部件——背拉桿螺栓，需要承受高強(qiáng)度的拉力（單根≦2808KN），兼具優(yōu)秀的焊接性能和機(jī)加工性能，試圖把熱軋型超特厚Q345鋼板作為它的材料首選。

關(guān)鍵詞：人字門背拉桿 力學(xué)試驗(yàn) 化學(xué)成分檢測 選材 超特厚板質(zhì)量

1.人字門背拉桿螺栓介紹

高水頭船閘特大型人字門單扇重300多噸，高26米，寬14米，厚2.2米，門軸柱的遠(yuǎn)端平行于門軸柱的斜接柱，在門的自重、門前壅水壓力和風(fēng)壓力作用下會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，為制止變形，增加人字門的抗扭剛度，在單扇人字門的上下半扇各布置一對交叉組合背拉桿，作用是增加閘門的整體剛度，特別是閘門的扭曲剛度。由于背拉桿緊固螺栓在人字門上所起到的獨(dú)特作用，決定了制作背拉桿螺栓零件的材料必須同時具有出色的抗拉性能、優(yōu)秀的焊接性能和優(yōu)秀的機(jī)加工性能，它有特大型高水頭人字門制作皇冠之上的明珠稱謂，上下四扇人字門需制作螺栓24支。

背拉桿螺栓單支重34.88Kg，總長1.80米，一頭為直徑120mm的T14梯形螺栓，長度為600mm，在螺栓的根部向后由光圓柱形漸漸變成立體紡錘形，大頭螺栓側(cè)寬200mm，紡錘形末端為半徑R30mm的圓弧收尾，紡錘體厚度為160mm，紡錘體中空開厚34mm長700mm的立體音叉形狀槽，音叉槽的軸線和螺栓的軸線不重合，叉口向上背拉桿有0.446度的斜夾角，叉口向下背拉桿有0.45度的斜夾角，肉眼分辨較難。由于音叉形內(nèi)壁精度要求高，挖掉這塊金屬板子必須依靠高精度數(shù)控線切割機(jī)來完成，且需一次準(zhǔn)確加工完成，沒留富裕數(shù)量的毛坯。該零件體量大、構(gòu)造立面復(fù)雜、精度要求高、加工周期長是它的特點(diǎn)。

2.Q345超特厚170鋼板

早在2014年初，人字門制作廠家在制作合同一簽訂，就到處聯(lián)系購買型號為Q345的170mm超特厚熱軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼板一塊做為制作的原材料，由于系超特厚板材，市場需求少，故此貨品比較稀缺，加上超特厚板質(zhì)量控制比較難做，確實(shí)是一板難求，直到2015年3月份才實(shí)實(shí)在在看到一塊長5650mm寬1920mm鋼板靜靜地躺在工廠的切割車間里面。業(yè)主、監(jiān)理、廠質(zhì)檢和工藝相關(guān)人員到現(xiàn)場，看著老師傅采用高壓離子切割機(jī)，在已經(jīng)放過樣的不影響零件加工位置，花了5分鐘就切下一塊100mm×300mm試板，送實(shí)驗(yàn)室車制成直徑10MM的標(biāo)準(zhǔn)試棒做拉拔試驗(yàn)。本來想走走程序就趕緊加工的，因?yàn)闀r間拖得比較久，出人意料的事情還是發(fā)生了，拉拔試驗(yàn)沒通過，三根試棒的試驗(yàn)拉應(yīng)力只有267、265和269MPa，而規(guī)范對于超特厚板150～200mm的試件要求許用拉應(yīng)力≧275MPa。消息傳到材料供應(yīng)商，大家都愕然了，于是有人提出在厚板的另一頭再割一塊試板再做做試驗(yàn)看看，如果結(jié)果出來都合格，可以認(rèn)定是材質(zhì)均勻性問題，也許有挽回的余地，可是做了二根試棒拉出來的結(jié)果為296、266MPa，單次合格50%，總試驗(yàn)合格率為20%，大家于是乎對這塊單重達(dá)14.36噸的板子失去了信心，價值5萬多元的這塊鋼板就這樣掛了！記得以前在買國產(chǎn)護(hù)套線時，在標(biāo)簽上標(biāo)明是100米/卷，可如果你是有心人的話，把線拆開用卷尺丈量，往往只有99～97米，從來沒有一卷線達(dá)到或超過100米的，——我們的產(chǎn)品至今仍然存在缺斤少兩的現(xiàn)狀，問題是電線不太影響使用，人們不會太摳總是會多買一點(diǎn)余量的，可是鋼板就不行了，區(qū)區(qū)的10MPa，完全決定了這塊鋼板的命運(yùn)，也就是說少了10MPa它就是廢鋼板了。

3.25號中碳鋼

過了一段時間，從抗拉強(qiáng)度和容易選材方面考慮，生產(chǎn)廠家提出采用25號中碳鋼來加工背拉桿，結(jié)果遭到設(shè)計的否決，盡管與低碳鋼比較，由于含碳量高，強(qiáng)度也高，但是25號鋼不具備優(yōu)秀的焊接性能，無法與Q345鋼帶進(jìn)行有效焊接。主要有以下二點(diǎn)：（1）熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織。板厚越大，這種淬硬傾向也越大。焊件剛度較大和焊條選用不當(dāng)時，容易產(chǎn)生冷裂紋。（2）由于在一般情況下，焊條電弧焊焊縫的熔合比為30%～40%左右，所以焊縫的含碳量比較高，其結(jié)果是容易產(chǎn)生熱裂紋。

4.Q345鍛鋼件

又過了一段時間，在2015年5月份，生產(chǎn)廠家經(jīng)過多方調(diào)研，提出采用Q345鍛鋼來加工背拉桿，總算得到多方的認(rèn)可，在訂貨一段時間之后，鍛造廠家送來24根Φ170mm左右的毛胚和一根試棒，說是同爐的，這邊監(jiān)理提出異議，要求在試棒做拉拔試驗(yàn)的同時做化學(xué)成分試驗(yàn)，再任選一毛胚，現(xiàn)場從它上面切一小塊盔狀金屬也做化學(xué)成分試驗(yàn)，如果二者的化學(xué)成分相同，則試棒的力學(xué)拉拔數(shù)據(jù)等同于毛胚，否則直接要拿毛胚做拉拔試驗(yàn)。意想不到的事情又發(fā)生了，鍛鋼試棒拉拔數(shù)據(jù)相當(dāng)好，為335MPa通過了，但是化學(xué)成分C：0.143%、S：<0.003%、Si：0.226%、Mn：1.19%、P：0.010%，相比較毛坯盔的化學(xué)成分C：0.173%、S：0.0 05%、Si：0. 32 2 %、M n：1.37%、P：0.013%，顯然是有比較大的出入的，因此試棒和毛坯，想要通過化學(xué)成份建立起來的聯(lián)系鏈還是斷掉了，直接導(dǎo)致需要抽查毛坯來進(jìn)行拉拔試驗(yàn)?？蓡栴}又出來了，貝拉桿數(shù)量為24根，毛坯數(shù)量也是24根且尺寸上面也沒有太大的寬裕，僅僅預(yù)留出了點(diǎn)機(jī)加工余量。根據(jù)制作流程，在材料各項(xiàng)試驗(yàn)沒通過的前提之下，是不能進(jìn)入到下一道加工工序的，一籌莫展的制作廠家打電話給鍛鋼生產(chǎn)廠家，對方卻胸脯拍的山響，說是絕對沒問題，加工做就是了，如果不對，則一切損失算在他們頭上好了，在做軍工的高精度線切割機(jī)上切下一塊紡錘形的厚25mm鋼板來做為試板，送到50公里外的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，通過辨認(rèn)材料需要的受力方向，來進(jìn)行鋸切成方料，然后上車床加工成為兩頭粗中間直徑10mm的標(biāo)準(zhǔn)試棒進(jìn)行拉拔，人們在復(fù)雜和忐忑中，在擔(dān)心這批鍛件不要又變成廢品，還要搭上加工費(fèi)用的心情之中，觀看一邊試棒在試驗(yàn)臺拉鉗拉力的作用之下，漸漸由縮頸直到最后斷裂；另一邊，監(jiān)控計算機(jī)顯示屏中一根斜線向上直走、小齒狀平走、在向上拋物線、再突然下來，我們大家心中念念著不要不夠，直到檢測員在報告上寫下288MPa，方才感覺有一個詞從天踏踏實(shí)實(shí)而降——材料過了！化學(xué)成分報告出來為C：0.177%、S：0.003%、Si：0.267%、Mn：1.32%、P：0.005%，和毛坯盔的化學(xué)成分相當(dāng)?shù)奈呛?。歷時一年半的富春江船閘人字門背拉桿螺栓選材，在人們的忐忑不安中，通過了試驗(yàn)，得以進(jìn)入正常制作中。

5.結(jié)語

對于超特厚件需要焊接的背拉桿零件加工制作來說，優(yōu)選材料應(yīng)該是Q345熱軋型鋼，而鍛鋼屬于再加工強(qiáng)化鋼，勢必消耗較多的能量，且熱鍛打過程噪音非常之大，萬般無奈而用之。如果我們的鋼鐵制造廠家，能夠在超特厚鋼板制作的質(zhì)量控制方面更進(jìn)一步，達(dá)到和超過規(guī)范所要求的力學(xué)指標(biāo)，那么我們的鋼鐵冶煉行業(yè)就會為下游的制作廠家節(jié)約相當(dāng)?shù)某杀荆瑴p少對環(huán)境的負(fù)面影響。隨著亞洲投資銀行的成立和“一路一帶”國家戰(zhàn)略的實(shí)施，隨著國防現(xiàn)代化的深入，在超特厚鋼板的需求方面，質(zhì)和量的要求必然會再上一個臺階，國內(nèi)的冶煉企業(yè)也要隨大勢而動，加大相應(yīng)的技改投入，在超特厚熱軋鋼領(lǐng)域趕超世界先進(jìn)水平。

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