超特厚170鋼材用于船閘人字門背拉桿螺栓

梁健

摘 要：隨著亞洲投資銀行的成立和“一路一帶”國家戰略的實施，隨著國防現代化的深入，國內在超特厚鋼板的需求方面，質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例，展現令人擔憂的熱軋型超特厚低碳鋼板的供貨和質量現狀，從而希望喚起相關企業的高度重視，并能夠在這一領域苦練內功，縮小差距，趕超世界先進水平。船閘大型人字門的關鍵零部件——背拉桿螺栓，需要承受高強度的拉力（單根≦2808KN），兼具優秀的焊接性能和機加工性能，試圖把熱軋型超特厚Q345鋼板作為它的材料首選。

關鍵詞：人字門背拉桿 力學試驗 化學成分檢測 選材 超特厚板質量

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，門軸柱的遠端平行于門軸柱的斜接柱，在門的自重、門前壅水壓力和風壓力作用下會發生扭轉變形，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、優秀的焊接性能和優秀的機加工性能，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。由于音叉形內壁精度要求高，挖掉這塊金屬板子必須依靠高精度數控線切割機來完成，且需一次準確加工完成，沒留富裕數量的毛坯。該零件體量大、構造立面復雜、精度要求高、加工周期長是它的特點。

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，就到處聯系購買型號為Q345的170mm超特厚熱軋碳素結構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，加上超特厚板質量控制比較難做，確實是一板難求，直到2015年3月份才實實在在看到一塊長5650mm寬1920mm鋼板靜靜地躺在工廠的切割車間里面。業主、監理、廠質檢和工藝相關人員到現場，看著老師傅采用高壓離子切割機，在已經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，送實驗室車制成直徑10MM的標準試棒做拉拔試驗。本來想走走程序就趕緊加工的，因為時間拖得比較久，出人意料的事情還是發生了，拉拔試驗沒通過，三根試棒的試驗拉應力只有267、265和269MPa，而規范對于超特厚板150～200mm的試件要求許用拉應力≧275MPa。消息傳到材料供應商，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看看，如果結果出來都合格，可以認定是材質均勻性問題，也許有挽回的余地，可是做了二根試棒拉出來的結果為296、266MPa，單次合格50%，總試驗合格率為20%，大家于是乎對這塊單重達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！記得以前在買國產護套線時，在標簽上標明是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，從來沒有一卷線達到或超過100米的，——我們的產品至今仍然存在缺斤少兩的現狀，問題是電線不太影響使用，人們不會太摳總是會多買一點余量的，可是鋼板就不行了，區區的10MPa，完全決定了這塊鋼板的命運，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，從抗拉強度和容易選材方面考慮，生產廠家提出采用25號中碳鋼來加工背拉桿，結果遭到設計的否決，盡管與低碳鋼比較，由于含碳量高，強度也高，但是25號鋼不具備優秀的焊接性能，無法與Q345鋼帶進行有效焊接。主要有以下二點：（1）熱影響區容易產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時，容易產生冷裂紋。（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，其結果是容易產生熱裂紋。

4.Q345鍛鋼件

又過了一段時間，在2015年5月份，生產廠家經過多方調研，提出采用Q345鍛鋼來加工背拉桿，總算得到多方的認可，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，這邊監理提出異議，要求在試棒做拉拔試驗的同時做化學成分試驗，再任選一毛胚，現場從它上面切一小塊盔狀金屬也做化學成分試驗，如果二者的化學成分相同，則試棒的力學拉拔數據等同于毛胚，否則直接要拿毛胚做拉拔試驗。意想不到的事情又發生了，鍛鋼試棒拉拔數據相當好，為335MPa通過了，但是化學成分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，想要通過化學成份建立起來的聯系鏈還是斷掉了，直接導致需要抽查毛坯來進行拉拔試驗?？蓡栴}又出來了，貝拉桿數量為24根，毛坯數量也是24根且尺寸上面也沒有太大的寬裕，僅僅預留出了點機加工余量。根據制作流程，在材料各項試驗沒通過的前提之下，是不能進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公里外的標準實驗室，通過辨認材料需要的受力方向，來進行鋸切成方料，然后上車床加工成為兩頭粗中間直徑10mm的標準試棒進行拉拔，人們在復雜和忐忑中，在擔心這批鍛件不要又變成廢品，還要搭上加工費用的心情之中，觀看一邊試棒在試驗臺拉鉗拉力的作用之下，漸漸由縮頸直到最后斷裂；另一邊，監控計算機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實而降——材料過了！化學成分報告出來為C：0.177%、S：0.003%、Si：0.267%、Mn：1.32%、P：0.005%，和毛坯盔的化學成分相當的吻合。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，得以進入正常制作中。

5.結語

對于超特厚件需要焊接的背拉桿零件加工制作來說，優選材料應該是Q345熱軋型鋼，而鍛鋼屬于再加工強化鋼，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量控制方面更進一步，達到和超過規范所要求的力學指標，那么我們的鋼鐵冶煉行業就會為下游的制作廠家節約相當的成本，減少對環境的負面影響。隨著亞洲投資銀行的成立和“一路一帶”國家戰略的實施，隨著國防現代化的深入，在超特厚鋼板的需求方面，質和量的要求必然會再上一個臺階，國內的冶煉企業也要隨大勢而動，加大相應的技改投入，在超特厚熱軋鋼領域趕超世界先進水平。

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