日本神戶制鋼所2016年10月5日宣布，采用可使疲勞強(qiáng)度提高約20％的“模型鍛造法”，成功制造出了船舶用超大型曲軸的曲拐。已于2016年9月獲得日本海事協(xié)會(huì)的認(rèn)證，設(shè)計(jì)冗余度——K值（設(shè)計(jì)疲勞強(qiáng)度算式中的制造系數(shù)）達(dá)到了1.05。該公司的中小型曲軸的曲拐已經(jīng)獲得該協(xié)會(huì)的認(rèn)證，今后將在小型至大型雙循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)中采用模型鍛造法。
曲軸是將發(fā)動(dòng)機(jī)的往返運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、向連接到軸的螺旋槳傳輸動(dòng)力的部件，主要由曲拐（Throw）和軸頸（Journal）兩部分組成（圖1）。模型鍛造法是曲拐的成型方法之一。與原來的彎曲方法相比，壓入模具成型可以減少偏析反應(yīng)，使疲勞強(qiáng)度提高約20％（圖2）。神戶制鋼所將這種曲軸的曲拐用在了全球Z大級(jí)別的集裝箱船及油輪配備的汽缸直徑超過800mm的發(fā)動(dòng)機(jī)中。
圖1：曲軸的曲拐和軸頸
圖2：模型鍛造法
為了改善船舶的燃效，減少推進(jìn)阻力的船形設(shè)計(jì)和高效率發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)不斷深入。發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)方面，隨著螺旋槳直徑的增大和低速旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)，出現(xiàn)了提高低轉(zhuǎn)速區(qū)輸出功率效率的傾向，發(fā)動(dòng)機(jī)沖程也隨之延長。曲軸的曲拐越來越大，重量不斷增加。為了應(yīng)對(duì)這一點(diǎn)，神戶制鋼所以減輕曲軸的重量和提高可靠性為目的，努力提高疲勞強(qiáng)度，并開發(fā)出了模具鍛造法。2014年，該公司的中小型曲軸的曲拐獲得了日本海事協(xié)會(huì)的認(rèn)證。
但是，要想把這種方法應(yīng)用于大型曲拐，就必須解決鍛造時(shí)所需約束力增大的課題。神戶制鋼所不僅重新設(shè)計(jì)了模具，還使用了通過減少硫黃部分來減少非金屬夾雜物的鋼，從而解決了這一課題，并獲得了日本海事協(xié)會(huì)的K值（1.05）認(rèn)證。
神戶制鋼所今后打算采用高潔凈度鋼生產(chǎn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高的K值。據(jù)該公司介紹，要想進(jìn)一步減輕組裝型曲軸的重量，還需確保曲拐與軸頸的結(jié)合部分的牢固性（防滑性）。因此，該公司開發(fā)出了屈服點(diǎn)高、價(jià)格低廉的低合金鋼，并已達(dá)到可應(yīng)用于輕量曲軸的水平。該公司打算將可提高疲勞強(qiáng)度的技術(shù)和自主開發(fā)的鋼材相結(jié)合，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率并縮小其尺寸。
同時(shí)，神戶制鋼所還面向舵外圍部件——舵支架及舵桿等的部件，開發(fā)出了不需要在與船體焊接的工序中進(jìn)行熱處理的“無余熱高強(qiáng)度鋼”。提高舵支架等的部件的強(qiáng)度、減小厚度、縮小舵寬，均有助于提高燃效。該公司2013年面向這些部件開發(fā)出了強(qiáng)度比原來提高60％的材料。據(jù)該公司介紹，進(jìn)一步省去熱處理之后，可以在不妨礙造船所焊接工序的情況下提高強(qiáng)度。
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