蘇東安(中國第一重型機械股份公司質量檢驗中心，黑龍江161042)

1 ASTM A668 CL.E材料技術要求

美制標準中ASTM A668 CL.E是一種通用的大型水輪機鍛件制造材料，標準中其化學成分要求非常開放(見表1)，只規(guī)定了Mn、P、S元素含量，其他Cr、Ni、Mo、V等合金元素并沒有做出明確的要求。在這個標準的基礎上，各個水電設備制造廠根據本公司產品設計性能要求的不同，并結合具體的生產制造經驗，針對性的開發(fā)了適合本公司產品的材料規(guī)范，常用的有以下幾種規(guī)格，其化學成分及力學性能要求詳見表1和表2。

我公司生產的水輪機軸訂貨要求按照規(guī)格4標準驗收，我公司前后共生產過兩根鍛件(以下簡稱鍛件A和鍛件B)，鍛件A的化學成分按照常規(guī)要求進行控制制造，并未對合金元素進行特殊控制，結果硬度不能滿足訂貨技術要求?？紤]到該鍛件A的沖擊功有較大的富裕量，我們對熱處理參數進行調整，希望降低韌性，提高強度和硬度，結果發(fā)現(xiàn)改善效果不是很明顯。為此，我們在保證碳當量的前提下，進行了合金元素的調整，并進行模擬試驗后生產了鍛件B，通過對比其化學成分及力學性能結果，發(fā)現(xiàn)即使化學成分中復合添加少量的Cr、Ni、Mo、V等合金元素，也能夠明顯地改善材料的綜合力學性能，并使產品的硬度值滿足技術條件的要求。

表1 ASTM A668 CL.E在不同標準中化學成分要求(質量分數，%)Table 1 Chemical compositions requirements of ASTM A668 CL.E in different standards (mass fraction, %)

表2 ASTM A668 CL.E力學性能要求Table 2 Mechanical properties requirements of ASTM A668 CL.E

2 產品基本生產信息

水輪機軸采用132 t鋼錠3火次鍛造而成。鍛件生產流程為：冶煉→鑄錠→鍛造→鍛后熱處理→取樣性能檢測→粗加工外圓和內孔→檢測→精加工等。鍛件粗加工取樣示意圖如圖1所示，粗加工重約65 t，最大直徑為?2035 mm，長度為7530 mm。該產品鍛件前后共生產了2根(以下簡稱鍛件A和B)，其化學成分如表3所示，鍛件采用了相同的熱處理工藝，如圖2所示，其化學成分和力學性能檢驗結果見表3和表4。

表3 鍛件化學成分含量(質量分數，%)Table 3 Chemical compositions of forgings (mass fraction, %)

圖1 水輪機軸粗加工取樣示意圖Figure 1 Sampling diagram of rough machining for water turbine shaft

圖2 水輪機軸調質熱處理工藝曲線Figure 2 Tempering and quenching heat treatment process curve of water turbine shaft

表4 鍛件力學性能檢驗結果Table 4 Test results of mechanical properties for forgings

3 性能結果分析

由表3和表4可知，鍛件A材料碳當量控制在0.47%，主要利用了C、Si、Mn主要化學元素來保證材料的力學性能，其余Cr、Ni、Mo、V合金未有意進行添加，合金成分比較干凈，經調質熱處理后，鍛件屈服強度、延伸率以及0℃沖擊功均能滿足性能要求，但其硬度值僅152～156HBW，低于規(guī)定的174～217HBW。與鍛件A化學成分相比，為保證產品力學性能，鍛件B碳當量也控制在0.48%，稍稍降低了Mn元素含量，并微量復合添加了Cr、Ni、Mo、V合金元素，經調質然后鍛件各項力學性能更好的滿足了標準的要求，特別是其硬度值由152～156HBW提高至185～197HBW。

由表3、表4可知，通過控制Cr、Ni、Mo、V合金元素的含量，水輪機軸經調質后屈服強度、硬度值有較大的提高，延伸率和沖擊功略有降低，但也滿足標準要求。在材料中復合添加幾種合金元素，不同合金之間互相作用，可以使材料的合金化作用遠遠超過單獨添加一種元素的作用[1]。

因此，即使材料中添加合金元素的含量很少(具體見表3)，材料強度性能提升也很顯著，但其塑性及沖擊韌性性能相應的也會降低，因此，我們可以根據訂貨技術標準中關于力學性能的具體要求，合理地調整Cr、Ni、Mo、V合金元素含量及配比，以實現(xiàn)材料較高的強韌性搭配。

4 結論

ASTM A668CL.E材料的水輪機軸鍛件，通過對Cr、Ni、Mo、V合金元素添加的控制，提高材料的熱處理敏感性，進而保證產品的強度和韌性指標的合理分布。

[1] 康大韜, 葉國斌. 大型鑄鍛件材料及熱處理[M]. 龍門書局，1998.