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

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