Nội dung

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 NHIỆT LUYỆN CÁC CHI TIẾT CỠ LỚN TRONG CÔNG NGHIỆP ĐÓNG TÀU Lê Văn Cương (Trường Đại học Hàng hải) 1. Đặt vấn đề Nhiệt luyện chi tiết máy là một nhiệm vụ bắt buộc của công nghiệp cơ khí. Hầu hết mọi loại chi tiết máy đều phải thực hiện các phương án công nghệ nhiệt luyện khác nhau. Trong cơ khí chế tạo máy vấn đề nhiệt luyện là bắt buộc và là một thành phần không thể thiếu của quy trình công nghệ. Tuy nhiên trong ngành đóng tàu, do một đặc điểm nổi bật là các sản phNm thường có kích thước lớn, hầu như không phù hợp với bất kỳ một loại thiết bị nhiệt luyện nào hiện có của nước ta hiện nay. Vậy vấn đề đặt ra là, bằng cách nào để áp dụng nhiệt luyện vào ngành đóng tàu với mục tiêu nâng cao chất lượng sản phNm và phù hợp với điều kiện Việt Nam. 2. Thực trạng công nghệ nhiệt luyện trong các cơ sở đóng tàu Việt Nam 2.1. Việc áp dụng công nghệ nhiệt luyện trong công nghiệp đóng tàu thế giới Với mục tiêu nâng cao cơ tính thân tàu trong quá trình khai thác, trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và có áp dụng rất hiệu quả. Các nghiên cứu tập trung theo các hướng sau: - Tăng cường chất lượng của quá trình luyện kim, sử dụng các biện pháp công nghệ tiên tiến như nguội nhanh, biến tính, nấu luyện trong chân không... để nâng cao cơ tính của sản phNm kim loại dùng trong đóng tàu. Ví dụ: các loại thép có độ hạt nhỏ, thép hợp kim… - Ứng dụng các công nghệ nhiệt luyện phù hợp với từng loại sản phNm tạo ra những tính chất theo yêu cầu: Biến dạng dẻo, hóa nhiệt luyện, các sản phNm nổi tiếng thế giới như thép bọc tàu thủy Crozo của Pháp hoặc thép chế tạo ngư lôi hạm của Roizasski (Nga), được phát triển từ thế chiến thứ hai. - Chế tạo các loại vật liệu đóng tàu trên cơ sở các họ hợp kim mới (hợp kim Ti, hợp kim Al), nâng cao hiệu quả chống ăn mòn, đảm bảo cơ tính và giảm khối lượng. Để nâng cao hiệu quả người ta thường áp dụng tổ hợp theo cả ba hướng trên, ví dụ vỏ tàu ngầm Dolgoruki của Nga tuy là loại vỏ đơn, nhờ áp dụng loại thép có hạt di truyền hạt nhỏ (Э12X2H4ΦA) kết hợp thấm cacbon bề mặt đã cho hiệu quả chống đạn ngang với tàu ngầm vỏ kép của CHLB Đức. Nói tóm lại ngành đóng tàu thế giới đã rất quan tâm đến công nghệ xử lí vật liệu nhằm nâng cao chất lượng sản phNm, đặc biệt là các loại tàu cao cấp (tàu khách, du thuyền, tàu quân sự, tàu ngầm, tàu cao tốc…). 2.2. Công nghệ nhiệt luyện trong ngành đóng tàu Việt Nam Qua khảo sát thực tế tại các cơ sở đóng tàu ở Việt Nam hiện nay, có thể đưa ra một số vấn đề thực trạng sau: - Hầu như toàn bộ các nhà máy đóng tàu của Việt Nam hiện nay vấn đề nhiệt luyện không được đặt ra và nói chung không có phân xưởng nhiệt luyện. - Khái niệm nhiệt luyện và tầm quan trọng cũng như ý nghĩa của nó chưa được đánh giá đúng mức, thậm chí hiểu biết về công nghệ nhiệt luyện ở mức sơ sài và không đúng bản chất vấn đề. 17 Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 - Cán bộ kĩ thuật làm về nhiệt luyện và kiểm tra cơ tính sản phNm còn rất thiếu và không được đào tạo đúng bài bản. - Thiết bị nhiệt luyện và kiểm tra vật liệu còn thiếu rất nhiều, không đồng bộ và cũng chưa được quan tâm đầy đủ. Có những tồn tại như trên là do các nguyên nhân sau: Một là: Ngành đóng tàu Việt Nam hiện nay mới ở giai đoạn bắt đầu phát triển, các loại tàu chúng ta đóng chủ yếu là loại tàu thế hệ đầu, do đó vấn đề nhiệt luyện hầu như không được đặt ra. Mặt khác với công nghệ đóng tàu chúng ta áp dụng chủ yếu là công nghệ hàn, gia công thân tàu theo khung giàn định trước, do đó sản phNm tổng thành có kích thước quá lớn nên nhiệt luyện là không khả thi. Việc đóng mới theo tổng đoạn cũng chỉ ở giai đoạn bắt đầu nên công nghệ nhiệt luyện cũng chưa có điều kiện áp dụng. Hai là: Việc sản xuất vật liệu kim loại cho ngành đóng tàu ở Việt Nam hầu như chưa được phát triển do đó việc nắm rõ nguồn gốc, chất lượng, điều kiện nấu luyện là không đầy đủ. Hơn nữa nguồn nhập vật liệu kim loại cho ngành đóng tàu ở Việt Nam rất đa dạng (chủ yếu do chủ tàu và Đăng kiểm giám sát quyết định), các hệ thống tiêu chuNn vì vậy quá nhiều và chưa đủ các thông số (ngoại trừ thành phần hóa học trung bình), gây khó khăn lớn cho việc định công nghệ nhiệt luyện phù hợp. Ba là: Việc hiểu và nắm vững ý nghĩa của nhiệt luyện trong đóng tàu ở cán bộ kĩ thuật tại các đơn vị sản xuất và kể cả giám sát còn hạn chế, từ đó dẫn đến lảng tránh và tìm cách loại bỏ nhiệt luyện ra khỏi quy trình công nghệ, đồng thời cũng không đầu tư mạnh cho thiết bị nhiệt luyện. 3. Tính bức thiết của công nghệ nhiệt luyện trong công nghiệp đóng tàu Trong sự phát triển của mình, ngành đóng tàu Việt Nam đã và đang bắt đầu phải đối mặt với việc bắt buộc áp dụng công nghệ nhiệt luyện. Các sản phNm thường yêu cầu nhiệt luyện đối với ngành đóng tàu hiện nay là: - Các phân đoạn vỏ tàu thực hiện gia công tạo hình biến dạng với mức độ biến dạng dẻo lớn (mũi quả lê, phần lái…), cần phải thực hiện ủ kết tinh lại để phục hồi tổ chức ổn định tránh ăn mòn ứng suất và ổn định giới hạn bền mỏi. - Các vùng tập trung mối hàn cao, yêu cầu chất lượng tốt cần phải ủ khử ứng suất (đặc biệt sau hỏa công nắn sản phNm), thậm chí còn phải thực hiện làm nhỏ hạt. - Các loại bồn chưa cỡ lớn gia công bằng tạo hình biến dạng cần phải ủ kết tinh lại và khử ứng suất. - Một số kết cấu cỡ lớn chế tạo bằng thép chất lượng cao còn phải tiến hành tôi và ram cao tạo xoocbit ram để đảm bảo cơ tính. - Khi tiến tới đóng các loại tàu chất lượng cao sẽ phải thực hiện nhiệt luyện các tổng đoạn để đảm bảo yêu cầu làm việc. - Khi áp dụng các vật liệu mới (hợp kim Ti, hợp kim Al…) việc nhiệt luyện càng quan trọng hơn. Vì chỉ có áp dụng công nghệ nhiệt luyện thì mới đem lại hiệu quả cao nhất của vật liệu. Tựu trung lại, với sự phát triển của mình, yêu cầu về công nghệ nhiệt luyện đối với ngành đóng tàu sẽ trở thành bắt buộc và cần phải có sự triển khai lập tức. 18 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 4. Đặc điểm chung của các sản ph+m nhiệt luyện trong ngành đóng tàu - Các sản phNm thường có kích thước rất lớn, vì vậy khi tính toán nhiệt trong nhiệt luyện, chúng đều là các vật mỏng thậm chí siêu mỏng. - Dạng công nghệ nhiệt luyện phổ biến chủ yếu là phục hồi tổ chức kim loại và khử bỏ ứng suất do biến dạng dẻo hoặc hàn. - Các sản phNm khi nhiệt luyện có thể kết hợp ngay khi gia công áp lực hoặc hàn bằng cách điều chỉnh chế độ làm nguội, tuy nhiên hiệu quả về mặt kĩ thuật không cao song lại có lợi về mặt kinh tế. Thứ tư: Một số sản phNm yêu cầu các phương pháp nhiệt luyện khác (tôi, ram, hóa nhiệt luyện, cơ nhiệt luyện…) luôn đòi hỏi các thiết bị chuyên dùng. Với những đặc điểm như trên, những khó khăn gặp phải khi nhiệt luyện các sản phNm đóng tàu là: Về thiết bị: Luôn phải có các loại lò với kích thước rất lớn, do đó vốn đầu tư xây lò, chi phí nhiên liệu rất cao, mặt khác sự đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ trong lò là khó khăn, đòi hỏi hệ thống đối lưu phải tốt, đồng thời việc kiểm tra nhiệt độ phải tiến hành tại rất nhiều vị trí trong không gian buồng lò mới đảm bảo chính xác. Thông thường người ta hay sử dụng lò phản xạ đốt nhiên liệu lỏng với số mỏ đốt lớn hoặc các vành đốt chuyên dùng với hệ thống băng tải có lực kéo lớn để kéo sản phNm vào. Về đồ gá: Đây là vấn đề phức tạp nhất do sản phNm thường là vật rất mỏng nên khuynh hướng biến dạng nhiệt rất dễ xảy ra, để giải quyết bài toán này cần phải căn cứ vào sản phNm cụ thể để tiến hành chế tạo đồ gá phù hợp. Về khả năng gia nhiệt và làm nguội: Do buồng lò rất rộng, sản phNm rất lớn nên khi gia nhiệt để đạt nhiệt độ nung thường mất rất nhiều thời gian, đồng thời khi làm nguội nếu ủ hoặc thường hóa thời gian cũng rất dài, còn khi tôi phải có các bể tôi rất lớn. Tóm lại với sản phNm nhiệt luyện của ngành đóng tàu vấn đề khó khăn nhất khi nhiệt luyện không nằm ở việc lập quy trình mà việc khó khăn nhất là giải pháp công nghệ để quy trình được thực hiện hoàn hảo và sản phNm đạt yêu cầu chất lượng. 5. Một số sản ph+m cỡ lớn đã được tiến hành nhiệt luyện trong ngành đóng tàu Việt Nam 5.1. Đầu cầu téc chứa nước 1000 m3 cho Ấn Độ Đơn vị sản xuất: LISEMCO thuộc tổng công ty LILAMA 450 Vật liệu: Thép hợp kim 18CrMnTi Trạng thái trước nhiệt luyện: Lốc bằng máy lốc chỏm cầu Yêu cầu nhiệt luyện: Ủ kết tinh lại + khử ứng suất Kích thước sản phNm: 6 3500 19 Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 Yêu cầu chất lượng: - Khử ứng suất do biến dạng dẻo - Phục hồi tổ chức và cơ tính - Không biến dạng Thực hiện: Tính quy trình Nhiệt độ nung: tnung = 600 ± 20oC Tốc độ nung: Vnung = 60oC/h Thời gian nung: 10h Thời gian giữ nhiệt: τ = 1/3Tn = 3h Nguội: Ủ trong vôi bột Lò: Lò tự chế, đốt bằng 36 mỏ đốt chia đều theo đường kính gương phản xạ. Đồ gá: Dạng nan hoa có bu lông tăng cường để kẹp chặt thành sản phNm. Kết quả: Đạt yêu cầu chất lượng được Đăng kiểm GL Đức phê duyệt. Đồ thị công nghệ: T (0C) 600 ± 20 O 10 3 15 5.2 Đầu Turret và Chaintable của kho nổi 150000 tấn 5.2.1. Đầu Turret Đơn vị sản xuất: Tổng Công ty Công nghiệp tàu thủy Nam Triệu Vật liệu: Thép EH36 Trạng thái trước nhiệt luyện: Biến dạng Yêu cầu nhiệt luyện: Thường hóa Kích thước sản phNm: 6100 2000 80 5200 20 τ (giờ) T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(48) Tập 2/N¨m 2008 Yêu cầu chất lượng: - Không biến dạng sản phNm. - Không oxy hóa bề mặt - Đảm bảo độ đồng đều tổ chức và cơ tính Thực hiện: Tính quy trình Nhiệt độ nung: tnung = 910 ± 5oC Tốc độ nung: Vnung = 80oC/h Thời gian nung: 11.06 h Thời gian giữ nhiệt: τ = 1/4Tn = 2.765 h Nguội: Lò: Lò tự chế, đốt bằng 36 mỏ đốt chia đều theo đường kính gương phản xạ Đồ gá: Dạng nan hoa có bu lông tăng cường để kẹp chặt thành sản phNm Kết quả: Đạt yêu cầu được chủ đầu tư PTSC và đăng kiểm ABS (Mĩ) phê duyệt. Đồ thị công nghệ: T (0C) 910 ± 5 Không khí O 11.06 2.765 τ (giờ) 5.2.2. Chaintable Đơn vị sản xuất: Tổng Công ty Công nghiệp tàu thủy Nam Triệu Vật liệu: Thép EH36 Trạng thái trước nhiệt luyện: Biến dạng dẻo, hàn Yêu cầu Nhiệt luyện: Ủ kết tinh lại và khử ứng suất Kích thước sản phNm: Đường kính trung bình 13.4m, cao 6m Yêu cầu chất lượng: - Chi tiết không bị biến dạng - Bề mặt không bị oxi hóa - Đảm bảo tổ chức tế vi - Khử ứng suất Thực hiện: Tính quy trình Nhiệt độ nung: tnung = 600 ± 20oC Tốc độ nung: Vnung = 40oC/h 21 Héi th¶o Khoa häc toµn quèc C«ng nghÖ vËt liÖu vµ bÒ mÆt - Th¸i Nguyªn 2008 Thời gian nung: 14.375h Thời gian giữ nhiệt: τ = 1/3Tn = 4.792h Nguội: Lò: Lò tự chế, đốt bằng 36 mỏ đốt chia đều theo đường kính gương phản xạ. Đồ gá: Dạng nan hoa có bu lông tăng cường để kẹp chặt thành sản phNm. Kết quả: Đạt yêu cầu được chủ đầu tư PTSC và đăng kiểm ABS (Mĩ) phê duyệt. Đồ thị công nghệ: T (0C) 600 ± 20 Không khí O 14.375 4.792 τ (giờ) Kết quả: Đạt yêu cầu được chủ đầu tư PTSC và đăng kiểm ABS (Mĩ) phê duyệt. 6. Kết luận Việc nhiệt luyện các sản phNm trong ngành đóng tàu đang bắt đầu trở thành một yêu cầu thực tế và ngày càng nhiều theo sự phát triển của ngành. Về lâu dài việc đầu tư các thiết bị nhiệt luyện và bổ sung các cán bộ nhiệt luyện tại ngành đóng tàu là giải pháp cơ bản và hoàn chỉnh. Tuy nhiên trong điều kiện thực tế các sản phNm chưa nhiều, nên các công ty, nhà máy sẽ căn cứ thực tế để lựa chọn giải pháp phù hợp nhằm đạt được cả chất lượng và kinh tế. Tóm tắt Bài báo này giới thiệu về sự cần thiết áp dụng công nghệ nhiệt luyện trong công nghiệp đóng tàu Việt Nam, đồng thời giới thiệu một số công trình nhiệt luyện cụ thể các chi tiết cỡ lớn đã được áp dụng. Summary This paper presents about necessity application of heattreatment in the shipbuilding. Coinstantaneous presents some large mechanism were applied heattreatment \ 22