Nhiệt luyện các chi tiết cỡ lớn trong công nghiệp đóng tàu

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (48 ) T ập 2 /N¨m 2008 NHI ỆT LUY ỆN CÁC CHI TI ẾT C Ỡ LỚN TRONG CÔNG NGHI ỆP ĐÓNG TÀU Lê V ăn C ươ ng ( Tr ường Đạ i h ọc Hàng h ải) 1. Đặt v ấn đề Nhi ệt luy ện chi ti ết máy là m ột nhi ệm v ụ b ắt bu ộc c ủa công nghi ệp c ơ khí. H ầu h ết m ọi lo ại chi ti ết máy đề u ph ải th ực hi ện các ph ươ ng án công ngh ệ nhi ệt luy ện khác nhau. Trong c ơ khí ch ế t ạo máy v ấn đề nhi ệt luy ện là b ắt bu ộc và là m ột thành ph ần không th ể thi ếu c ủa quy trình công ngh ệ. Tuy nhiên trong ngành đóng tàu, do m ột đặ c điểm n ổi b ật là các s ản ph Nm th ường có kích th ước l ớn, h ầu nh ư không phù h ợp v ới b ất k ỳ m ột lo ại thi ết b ị nhi ệt luy ện nào hi ện có c ủa n ước ta hi ện nay. V ậy v ấn đề đặ t ra là, bằng cách nào để áp dụng nhi ệt luy ện vào ngành đóng tàu v ới m ục tiêu nâng cao ch ất l ượng s ản ph Nm và phù h ợp v ới điều ki ện Vi ệt Nam. 2. Th ực tr ạng công ngh ệ nhi ệt luy ện trong các c ơ s ở đóng tàu Vi ệt Nam 2.1. Vi ệc áp d ụng công ngh ệ nhi ệt luy ện trong công nghi ệp đóng tàu th ế gi ới Với m ục tiêu nâng cao c ơ tính thân tàu trong quá trình khai thác, trên th ế gi ới đã có r ất nhi ều công trình nghiên c ứu và có áp dụng rất hi ệu qu ả. Các nghiên c ứu t ập trung theo các hướng sau: - Tăng c ường ch ất l ượng c ủa quá trình luy ện kim, s ử d ụng các biện pháp công ngh ệ tiên ti ến nh ư ngu ội nhanh, bi ến tính, n ấu luy ện trong chân không... để nâng cao c ơ tính c ủa s ản ph Nm kim lo ại dùng trong đóng tàu. Ví d ụ: các lo ại thép có độ h ạt nh ỏ, thép h ợp kim - Ứng d ụng các công ngh ệ nhi ệt luy ện phù h ợp v ới t ừng lo ại s ản ph Nm t ạo ra nh ững tính ch ất theo yêu c ầu: Bi ến d ạng d ẻo, hóa nhi ệt luy ện, các s ản ph Nm n ổi ti ếng th ế gi ới nh ư thép b ọc tàu th ủy Crozo c ủa Pháp ho ặc thép ch ế t ạo ng ư lôi h ạm c ủa Roizasski (Nga), được phát tri ển t ừ th ế chi ến th ứ hai. - Ch ế t ạo các lo ại v ật li ệu đóng tàu trên c ơ s ở các h ọ h ợp kim m ới (h ợp kim Ti, h ợp kim Al), nâng cao hi ệu qu ả ch ống ăn mòn, đảm b ảo c ơ tính và gi ảm kh ối l ượng. Để nâng cao hi ệu qu ả ng ười ta th ường áp d ụng t ổ h ợp theo c ả ba h ướng trên, ví d ụ v ỏ tàu ng ầm Dolgoruki c ủa Nga tuy là lo ại v ỏ đơn, nh ờ áp d ụng lo ại thép có h ạt di truy ền h ạt nh ỏ (Э12X2H4 ΦA) k ết h ợp th ấm cacbon b ề m ặt đã cho hi ệu qu ả ch ống đạ n ngang v ới tàu ng ầm v ỏ kép c ủa CHLB Đứ c. Nói tóm l ại ngành đóng tàu th ế gi ới đã r ất quan tâm đế n công ngh ệ x ử lí vật li ệu nh ằm nâng cao ch ất l ượng s ản ph Nm, đặ c bi ệt là các lo ại tàu cao c ấp (tàu khách, du thuy ền, tàu quân s ự, tàu ng ầm, tàu cao t ốc). 2.2. Công ngh ệ nhi ệt luy ện trong ngành đóng tàu Vi ệt Nam Qua kh ảo sát th ực t ế t ại các c ơ s ở đóng tàu ở Vi ệt Nam hi ện nay, có th ể đưa ra m ột s ố vấn đề th ực tr ạng sau: - Hầu nh ư toàn b ộ các nhà máy đóng tàu c ủa Vi ệt Nam hi ện nay v ấn đề nhi ệt luy ện không được đặ t ra và nói chung không có phân x ưởng nhi ệt luy ện. - Khái ni ệm nhi ệt luy ện và t ầm quan tr ọng c ũng nh ư ý ngh ĩa c ủa nó ch ưa được đánh giá đúng m ức, th ậm chí hi ểu bi ết v ề công ngh ệ nhi ệt luy ện ở m ức s ơ sài và không đúng b ản ch ất v ấn đề . 17 Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 - Cán b ộ kĩ thu ật làm v ề nhi ệt luy ện và ki ểm tra c ơ tính s ản ph Nm còn r ất thi ếu và không được đào t ạo đúng bài b ản. - Thi ết b ị nhi ệt luy ện và ki ểm tra vật li ệu còn thi ếu r ất nhi ều, không đồ ng b ộ và c ũng ch ưa được quan tâm đầ y đủ . Có nh ững t ồn t ại nh ư trên là do các nguyên nhân sau: Một là: Ngành đóng tàu Vi ệt Nam hi ện nay m ới ở giai đoạn b ắt đầ u phát tri ển, các lo ại tàu chúng ta đóng ch ủ y ếu là lo ại tàu th ế h ệ đầ u, do đó vấn đề nhi ệt luy ện h ầu nh ư không được đặt ra. M ặt khác v ới công ngh ệ đóng tàu chúng ta áp d ụng ch ủ y ếu là công ngh ệ hàn, gia công thân tàu theo khung giàn định tr ước, do đó s ản ph Nm t ổng thành có kích th ước quá l ớn nên nhi ệt luy ện là không kh ả thi. Vi ệc đóng m ới theo t ổng đoạn c ũng ch ỉ ở giai đoạn b ắt đầ u nên công ngh ệ nhi ệt luy ện c ũng ch ưa có điều ki ện áp d ụng. Hai là: Vi ệc s ản xu ất v ật li ệu kim lo ại cho ngành đóng tàu ở Vi ệt Nam h ầu nh ư ch ưa được phát tri ển do đó vi ệc n ắm rõ ngu ồn g ốc, ch ất l ượng, điều ki ện n ấu luy ện là không đầy đủ . Hơn n ữa ngu ồn nh ập v ật li ệu kim lo ại cho ngành đóng tàu ở Vi ệt Nam r ất đa d ạng (ch ủ y ếu do ch ủ tàu và Đă ng ki ểm giám sát quy ết đị nh), các h ệ th ống tiêu chu Nn vì v ậy quá nhi ều và ch ưa đủ các thông s ố (ngo ại trừ thành ph ần hóa h ọc trung bình), gây khó kh ăn l ớn cho vi ệc đị nh công ngh ệ nhi ệt luy ện phù h ợp. Ba là: Vi ệc hi ểu và n ắm v ững ý ngh ĩa c ủa nhi ệt luy ện trong đóng tàu ở cán b ộ kĩ thu ật t ại các đơ n v ị s ản xu ất và k ể c ả giám sát còn h ạn ch ế, t ừ đó d ẫn đế n l ảng tránh và tìm cách lo ại b ỏ nhi ệt luy ện ra kh ỏi quy trình công ngh ệ, đồ ng th ời c ũng không đầ u t ư m ạnh cho thi ết b ị nhi ệt luy ện. 3. Tính b ức thi ết c ủa công ngh ệ nhi ệt luy ện trong công nghi ệp đóng tàu Trong s ự phát tri ển c ủa mình, ngành đóng tàu Vi ệt Nam đã và đang b ắt đầ u ph ải đố i m ặt với vi ệc b ắt bu ộc áp d ụng công ngh ệ nhi ệt luy ện. Các s ản ph Nm th ường yêu c ầu nhi ệt luy ện đố i với ngành đóng tàu hi ện nay là: - Các phân đoạn v ỏ tàu th ực hi ện gia công t ạo hình bi ến d ạng v ới m ức độ bi ến d ạng d ẻo lớn (m ũi qu ả lê, ph ần lái), cần ph ải th ực hi ện ủ k ết tinh l ại để ph ục h ồi t ổ ch ức ổn đị nh tránh ăn mòn ứng su ất và ổn đị nh gi ới h ạn b ền m ỏi. - Các vùng t ập trung m ối hàn cao, yêu c ầu ch ất l ượng t ốt c ần ph ải ủ kh ử ứng su ất ( đặ c bi ệt sau h ỏa công n ắn s ản ph Nm), th ậm chí còn ph ải th ực hi ện làm nh ỏ h ạt. - Các lo ại b ồn ch ưa c ỡ l ớn gia công b ằng t ạo hình bi ến d ạng c ần ph ải ủ k ết tinh l ại và kh ử ứng su ất. - Một s ố k ết c ấu c ỡ l ớn ch ế t ạo b ằng thép ch ất l ượng cao còn ph ải ti ến hành tôi và ram cao t ạo xoocbit ram để đả m b ảo c ơ tính. - Khi ti ến t ới đóng các lo ại tàu ch ất l ượng cao s ẽ ph ải th ực hi ện nhi ệt luy ện các t ổng đoạn để đả m b ảo yêu c ầu làm vi ệc. - Khi áp d ụng các v ật li ệu m ới (hợp kim Ti, h ợp kim Al) vi ệc nhi ệt luy ện càng quan tr ọng h ơn. Vì ch ỉ có áp d ụng công ngh ệ nhi ệt luy ện thì m ới đem l ại hi ệu qu ả cao nh ất c ủa v ật li ệu. Tựu trung l ại, với s ự phát tri ển c ủa mình, yêu c ầu v ề công ngh ệ nhi ệt luy ện đố i v ới ngành đóng tàu s ẽ tr ở thành b ắt bu ộc và c ần ph ải có s ự tri ển khai l ập t ức. 18 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (48 ) T ập 2 /N¨m 2008 4. Đặc điểm chung c ủa các s ản ph m nhi ệt luy ện trong ngành đóng tàu - Các s ản ph Nm th ường có kích th ước r ất l ớn, vì v ậy khi tính toán nhi ệt trong nhi ệt luy ện, chúng đều là các v ật m ỏng th ậm chí siêu m ỏng. - Dạng công ngh ệ nhi ệt luy ện ph ổ bi ến ch ủ y ếu là ph ục h ồi t ổ ch ức kim lo ại và kh ử b ỏ ứng su ất do bi ến d ạng d ẻo ho ặc hàn. - Các s ản ph Nm khi nhi ệt luy ện có th ể k ết h ợp ngay khi gia công áp l ực ho ặc hàn b ằng cách điều ch ỉnh ch ế độ làm ngu ội, tuy nhiên hi ệu qu ả v ề m ặt kĩ thu ật không cao song l ại có l ợi về m ặt kinh t ế. Th ứ t ư: M ột s ố s ản ph Nm yêu c ầu các ph ươ ng pháp nhi ệt luy ện khác (tôi, ram, hóa nhi ệt luy ện, c ơ nhi ệt luy ện) luôn đòi h ỏi các thi ết b ị chuyên dùng. Với nh ững đặ c điểm nh ư trên, nh ững khó kh ăn g ặp ph ải khi nhi ệt luy ện các s ản ph Nm đóng tàu là: Về thi ết b ị: Luôn ph ải có các lo ại lò v ới kích thước r ất l ớn, do đó v ốn đầ u t ư xây lò, chi phí nhiên li ệu r ất cao, m ặt khác s ự đả m b ảo s ự đồ ng đề u nhi ệt độ trong lò là khó kh ăn, đòi h ỏi hệ th ống đố i l ưu ph ải t ốt, đồ ng th ời vi ệc ki ểm tra nhi ệt độ ph ải ti ến hành t ại r ất nhi ều v ị trí trong không gian bu ồng lò m ới đả m b ảo chính xác. Thông th ường ng ười ta hay s ử d ụng lò ph ản x ạ đố t nhiên li ệu l ỏng với s ố m ỏ đố t l ớn ho ặc các vành đốt chuyên dùng v ới h ệ th ống b ăng t ải có l ực kéo l ớn để kéo s ản ph Nm vào. Về đồ gá: Đây là v ấn đề ph ức t ạp nh ất do s ản ph Nm th ường là v ật r ất m ỏng nên khuynh hướng bi ến d ạng nhi ệt r ất d ễ x ảy ra, để gi ải quy ết bài toán này c ần ph ải c ăn c ứ vào s ản ph Nm c ụ th ể để ti ến hành ch ế t ạo đồ gá phù h ợp. Về kh ả n ăng gia nhi ệt và làm ngu ội: Do bu ồng lò r ất r ộng, s ản ph Nm r ất l ớn nên khi gia nhi ệt để đạ t nhi ệt độ nung th ường m ất r ất nhi ều th ời gian, đồ ng th ời khi làm ngu ội n ếu ủ ho ặc th ường hóa th ời gian c ũng r ất dài, còn khi tôi ph ải có các b ể tôi r ất l ớn. Tóm l ại v ới s ản ph Nm nhi ệt luy ện c ủa ngành đóng tàu v ấn đề khó kh ăn nh ất khi nhi ệt luy ện không nằm ở vi ệc l ập quy trình mà vi ệc khó kh ăn nh ất là gi ải pháp công ngh ệ để quy trình được th ực hi ện hoàn h ảo và s ản ph Nm đạ t yêu c ầu ch ất l ượng. 5. M ột s ố s ản ph m c ỡ l ớn đã được ti ến hành nhi ệt luy ện trong ngành đóng tàu Vi ệt Nam 5.1. Đầu c ầu téc ch ứa n ước 1000 m 3 cho Ấn Độ Đơ n v ị s ản xu ất: LISEMCO thu ộc t ổng công ty LILAMA Vật li ệu: Thép h ợp kim 18CrMnTi Tr ạng thái tr ước nhi ệt luy ện: L ốc b ằng máy l ốc ch ỏm c ầu Yêu c ầu nhi ệt luy ện: Ủ k ết tinh l ại + kh ử ứng su ất Kích th ước s ản ph Nm: 6 450 3500 19 Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 Yêu c ầu ch ất l ượng: - Kh ử ứng su ất do bi ến d ạng d ẻo - Ph ục h ồi t ổ ch ức và c ơ tính - Không bi ến d ạng Th ực hi ện: Tính quy trình o Nhi ệt độ nung: t nung = 600 ± 20 C o Tốc độ nung: V nung = 60 C/h Th ời gian nung: 10h Th ời gian gi ữ nhi ệt: τ = 1/3T n = 3h Ngu ội: Ủ trong vôi b ột Lò: Lò t ự ch ế, đố t b ằng 36 m ỏ đố t chia đề u theo đường kính g ươ ng ph ản x ạ. Đồ gá: D ạng nan hoa có bu lông t ăng c ường để k ẹp ch ặt thành s ản ph Nm. Kết qu ả: Đạ t yêu c ầu ch ất l ượng được Đă ng ki ểm GL Đức phê duy ệt. 0 Đồ th ị công ngh ệ: T ( C) 600 ± 20 O 10 3 15 τ (gi ) 5.2 Đầu Turret và Chaintable c ủa kho n ổi 150000 t ấn 5.2.1. Đầu Turret Đơ n v ị s ản xu ất: T ổng Công ty Công nghi ệp tàu th ủy Nam Tri ệu Vật li ệu: Thép EH36 Tr ạng thái tr ước nhi ệt luy ện: Bi ến d ạng Yêu c ầu nhi ệt luy ện: Th ường hóa Kích th ước s ản ph Nm: 6100 80 2000 2000 5200 20 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (48 ) T ập 2 /N¨m 2008 Yêu c ầu ch ất l ượng: - Không bi ến d ạng s ản ph Nm. - Không oxy hóa b ề m ặt - Đảm b ảo độ đồ ng đề u t ổ ch ức và c ơ tính Th ực hi ện: Tính quy trình o Nhi ệt độ nung: t nung = 910 ± 5 C o Tốc độ nung: V nung = 80 C/h Th ời gian nung: 11.06 h Th ời gian gi ữ nhi ệt: τ = 1/4T n = 2.765 h Ngu ội: Lò: Lò t ự ch ế, đố t b ằng 36 m ỏ đố t chia đề u theo đường kính g ươ ng ph ản x ạ Đồ gá: D ạng nan hoa có bu lông t ăng c ường để k ẹp ch ặt thành s ản ph Nm Kết qu ả: Đạ t yêu c ầu được ch ủ đầ u t ư PTSC và đă ng ki ểm ABS (Mĩ) phê duy ệt. Đồ th ị công ngh ệ: 0 T ( C) 910 ± 5 Không khí O 11.06 2.765 τ (gi ) 5.2.2. Chaintable Đơ n v ị s ản xu ất: T ổng Công ty Công nghi ệp tàu th ủy Nam Tri ệu Vật li ệu: Thép EH36 Tr ạng thái tr ước nhi ệt luy ện: Bi ến d ạng d ẻo, hàn Yêu cầu Nhi ệt luy ện: Ủ kết tinh l ại và kh ử ứng su ất Kích th ước s ản ph Nm: Đường kính trung bình 13.4m, cao 6m Yêu c ầu ch ất l ượng: - Chi ti ết không b ị bi ến d ạng - Bề m ặt không b ị oxi hóa - Đảm b ảo t ổ ch ức t ế vi - Kh ử ứng su ất Th ực hi ện: Tính quy trình o Nhi ệt độ nung: t nung = 600 ± 20 C o Tốc độ nung: V nung = 40 C/h 21 Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 Th ời gian nung: 14.375h Th ời gian gi ữ nhi ệt: τ = 1/3T n = 4.792h Ngu ội: Lò: Lò t ự ch ế, đố t b ằng 36 m ỏ đố t chia đều theo đường kính g ươ ng ph ản x ạ. Đồ gá: D ạng nan hoa có bu lông t ăng c ường để k ẹp ch ặt thành s ản ph Nm. Kết qu ả: Đạ t yêu c ầu được ch ủ đầ u t ư PTSC và đă ng ki ểm ABS (Mĩ) phê duy ệt. Đồ th ị công ngh ệ: 0 T ( C) 600 ± 20 Không khí O τ 14.375 4.792 (gi ) Kết qu ả: Đạ t yêu c ầu được ch ủ đầ u t ư PTSC và đă ng ki ểm ABS (Mĩ) phê duy ệt. 6. K ết lu ận Vi ệc nhi ệt luy ện các s ản ph Nm trong ngành đóng tàu đang b ắt đầ u tr ở thành m ột yêu c ầu th ực t ế và ngày càng nhi ều theo s ự phát tri ển c ủa ngành. V ề lâu dài vi ệc đầ u t ư các thi ết b ị nhi ệt luy ện và b ổ sung các cán b ộ nhi ệt luy ện t ại ngành đóng tàu là gi ải pháp c ơ b ản và hoàn ch ỉnh. Tuy nhiên trong điều ki ện th ực t ế các s ản ph Nm ch ưa nhi ều, nên các công ty, nhà máy s ẽ c ăn c ứ th ực t ế để l ựa ch ọn gi ải pháp phù h ợp nh ằm đạ t được c ả ch ất l ượng và kinh t ế. Tóm t ắt Bài báo này gi ới thi ệu v ề s ự c ần thi ết áp d ụng công ngh ệ nhi ệt luy ện trong công nghi ệp đóng tàu Vi ệt Nam, đồng th ời gi ới thi ệu m ột s ố công trình nhi ệt luy ện c ụ th ể các chi ti ết c ỡ l ớn đã được áp d ụng. Summary This paper presents about necessity application of heattreatment in the shipbuilding. Coinstantaneous presents some large mechanism were applied heattreatment \ 22