Page 47 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第一章 高温合金与热加工技术概述

证数据的准确性。因此，热加工工艺 CAE 仿真技术应运而生，优化热加工工艺
方法及工艺参数已成为制造过程的重要内容。热加工工艺在工业领域影响最为广
泛，目前还延伸到民用如生物医用等多个领域。

2. 重大装备元器件的工艺特点
以船舶工业为例，船用结构件由于具有超大尺度、形状复杂的结构特点，又
具有海洋环境、高温腐蚀等使用工况，及单件小批量生产的生产组织特点，因此
船舶结构件的成形工艺具有鲜明的行业特色。

（1）船体材料、工艺的发展特点
船体材料一般采用船体高强钢，为板类、管类型材，以曲面成形、焊接成形、
弯曲成形。美国 20 世纪 60 年代开发了 HY-130（屈服强度为 890MPa），但焊接
工艺（裂纹问题）直到 1992 年才得以解决，具备建造条件；日本 20 世纪 80 年

代开发成功 NS110（屈服强度为 1087MPa），有力地支持了其潜艇潜深从 150m
（NS30 型 /σs294MPa）提高到 500m 以上。我国船体结构钢从仿制到研制已形
成 390MPa 级、785MPa 级（相当于美国的 HY100），基本满足舰船使用要求，
国产化率达到 95% 以上，但仍有特种钢需进口，主要是满足 -60℃的 F 级高强

钢，屈服强度超过 690MPa 的超高强钢、殷瓦钢和双相不锈钢等，但性能差距约
100MPa，配套焊接工艺、焊丝等尚有差距。
（2）动力系统材料、工艺的发展特点
船用动力系统为燃气轮机、柴油机，其主要零部件为燃机涡轮盘、叶片；柴

油机机身、缸盖、曲轴、连杆等。成型工艺为铸造成型、锻造成型、焊接成型。
柴油机结构材料大多采用钢铁材料，机身、缸盖、活塞等多为合金铸钢、铸铁或
铸铝；曲轴、连杆、凸轮轴等多为合金钢。我国船用柴油机多为引进许可证生产，
结构件材质基本与国外相同，但在金属液纯净度、球铁的球化率、球化等级方面

与国外差一个等级。
（3）推进系统材料、工艺的发展特点
船用推进系统为轴系、舵系、螺旋桨推进器等，主要零部件为轴类、舵、挂舵臂、
螺旋桨等；成型工艺为铸造成型、锻造成型。我国 12000TEU 集装箱船螺旋桨轴

尺寸全长近 15m，法兰直径为 φ1.6m；材质为合金钢，钢锭重达 185t，锻件重
约 115t，成品重量为 95t。国外原材料供货渠道和材料质量稳定，炉前分析手段
齐全，合金钢精炼多用 AOD、VOD 等设备，采用金属过滤技术及 CAE 设计分析。

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