神户制钢所将铸锻钢件的疲劳强度提高20%

2016-10-130阅读0

  日本神户制钢所2016年10月5日宣布,采用可使疲劳强度提高约20%的“模型锻造法”,成功制造出了船舶用超大型曲轴的曲拐。已于2016年9月获得日本海事协会的认证,设计冗余度——K值(设计疲劳强度算式中的制造系数)达到了1.05。该公司的中小型曲轴的曲拐已经获得该协会的认证,今后将在小型至大型双循环发动机中采用模型锻造法。

  曲轴是将发动机的往返运动转换成旋转运动、向连接到轴的螺旋桨传输动力的部件,主要由曲拐(Throw)和轴颈(Journal)两部分组成(图1)。模型锻造法是曲拐的成型方法之一。与原来的弯曲方法相比,压入模具成型可以减少偏析反应,使疲劳强度提高约20%(图2)。神户制钢所将这种曲轴的曲拐用在了全球最大级别的集装箱船及油轮配备的汽缸直径超过800mm的发动机中。

  

图1:曲轴的曲拐和轴颈

  为了改善船舶的燃效,减少推进阻力的船形设计和高效率发动机的开发不断深入。发动机开发方面,随着螺旋桨直径的增大和低速旋转的推进,出现了提高低转速区输出功率效率的倾向,发动机冲程也随之延长。曲轴的曲拐越来越大,重量不断增加。为了应对这一点,神户制钢所以减轻曲轴的重量和提高可靠性为目的,努力提高疲劳强度,并开发出了模具锻造法。2014年,该公司的中小型曲轴的曲拐获得了日本海事协会的认证。

  

图2:模型锻造法

  但是,要想把这种方法应用于大型曲拐,就必须解决锻造时所需约束力增大的课题。神户制钢所不仅重新设计了模具,还使用了通过减少硫黄部分来减少非金属夹杂物的钢,从而解决了这一课题,并获得了日本海事协会的K值(1.05)认证。

  神户制钢所今后打算采用高洁净度钢生产技术,以实现更高的K值。据该公司介绍,要想进一步减轻组装型曲轴的重量,还需确保曲拐与轴颈的结合部分的牢固性(防滑性)。因此,该公司开发出了屈服点高、价格低廉的低合金钢,并已达到可应用于轻量曲轴的水平。该公司打算将可提高疲劳强度的技术和自主开发的钢材相结合,进一步提高发动机的输出功率并缩小其尺寸。

  同时,神户制钢所还面向舵外围部件——舵支架及舵杆等的部件,开发出了不需要在与船体焊接的工序中进行热处理的“无余热高强度钢”。提高舵支架等的部件的强度、减小厚度、缩小舵宽,均有助于提高燃效。该公司2013年面向这些部件开发出了强度比原来提高60%的材料。据该公司介绍,进一步省去热处理之后,可以在不妨碍造船所焊接工序的情况下提高强度。(记者:松田 千穗)

  (全文完)