不锈钢应用
STAINLESS STEEL application

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高性能不锈钢船用推进轴
来源: | 作者:Emma | 发布时间: 2023-05-19 | 3920 次浏览 | 分享到:

高性能不锈钢船用推进轴



传动轴可能是机动船最重要的部件。它驱动螺旋桨,每时每刻,日复一日。钼提高了苛刻环境中使用的几种高性能不锈钢传动轴的度和耐腐蚀性


传动轴是任何机动船舶的关键部件。在将发动机的动力传输到螺旋桨时,它必须承受高应力,以及螺旋桨撞击物体时的任何冲击。它还必须抵抗海洋环境中的腐蚀。当今的船舶根据运行条件,使用各种复杂的推进系统和一系列先进的传动轴材料。不锈钢是轴最常用的材料,有多个牌号可供选择。

轴设计

考虑到轮船的功率和传动轴的转速,轴设计的要点在于选择正确的轴直径和轴材料。大型慢速货船的传动轴转速仅每分钟几百转 (rpm) ,但发动机非常强大,因此它们需要直径达 1 米的轴。而带有电动机的小型渔船,轴直径可能只有 1 厘米。对于传动轴转速为几千转/分钟的快速巡逻艇或游艇,有必要采用更大的直径。游船和工作船行业的供应商通常库存尺寸在 2 - 18 厘米。

这艘工作船有两个直径为90毫米的2205双相不锈钢传动轴,它将人员带到海上风电场 ©Clements Engineering

制造

要获得良好的轴系性能,需要在制造过程中关注精度和细节。抗疲劳性是首要的,这需要良好的平直度以最大程度地减小振动应力,需要无缺陷的表面以最大程度地降低应力的集中。钢厂向制造商交付的轴必须平直度良好且残余应力低,否则可能会导致轴在加工过程中改变形状。 制造商生产的成品轴必须有良好的圆度、精确的直径和锥度来安装螺旋桨,且键槽没有会增加应力的尖角。 成品轴必须残余应力很低,只有这样的轴才能在其使用寿命期间承受长时间循环应力导致的疲劳。

船轴的制造需要大型精密机械,以保持严格的尺寸公差 
©Schaffran Propeller + Service GmbH

选材
常用的船舶轴系材料包括从碳钢到高性能含钼不锈钢等不同的材料,在船舶的各类应用中,每种材料满足不同的特定需求。

船舶行驶的水域和船舶的使用模式对于轴系材料的选则起重要作用。碳钢轴及套筒,常用玻璃纤维包覆以保护它们免受腐蚀,通常用于大型跨海船舶,因为它们具有成本效益,并且尺寸、重量和灵活性不太重要。而运动型游艇可能要在腐蚀性的污染域中长时间停靠,需要耐腐蚀性能最佳的高强度轴,即含钼双相不锈钢或奥氏体不锈钢传动轴。由于这类不锈钢强度高,可减小轴、支撑部件和密封件的尺寸,同时减轻重量和阻力,提高船舶性能和效率。需要注意的是,尽管它们具有良好的耐腐蚀性,但很多牌号抗海水腐蚀能力不足,可能需要阴极保护。

碳钢和不锈钢船舶轴系合金的典型性能


双相不锈钢,如含钼3%的2205,不仅具有高强度和良好的耐腐蚀性,而且能抵抗高流速海水的磨损和冲蚀。由于有这些优势,欧洲公司越来越多地选用双相不锈钢螺旋桨轴,几乎所有在澳大利亚建造的商船和游船都使用它们。双相不锈钢特别适合于需要高加速度和重载操作的船舶,如海岸警卫队船只和巨型游艇。

当要求低阻力时,可以采用强度更高的氮合金化奥氏体不锈钢牌号,如钼含量至少为 1.5% 的Alloy 22,以减小所需的轴尺寸。这种材料的缺点是很难机加工。加工Alloy 22不锈钢轴需要的时间可能是双相不锈钢的两倍。它时常作为大马力和特殊用途军舰的首选材料。北美地区总体都在采用这种设计方法,高强度奥氏体不锈钢牌号在高端和苛刻的轴系应用中占主导地位。

“理查德·迪克森”号属于美国海岸警卫队快速反应巡逻艇的最新型号系列,每艘舰艇使用两个Alloy22不锈钢制造的大型螺旋桨轴 ©US Coast Guard, Mark Bamey


这两种类型的不锈钢都具有非常好的轴系性能,但世界各地的用法各不相同。可能不同地方能买到的牌号不同。几十年前,北美开发了高氮奥氏体牌号,它们已成为事实上的标准。

双相不锈钢有时在北美没有现货,相反,双相不锈钢在欧洲得到开发并最受欢迎,容易买到,更具优势。

也有适合特定环境的其他材料。无钼马氏体不锈钢 17-4PH 在腐蚀性海湾和河水中作业的工作船和渔船上表现良好,因为它们近乎连续的作业可保持传动轴清洁免受污染,并且具有良好的强度和韧性。

大部分时间停靠在淡水的游艇需要耐腐蚀的材料如含钼316不锈钢,因为沉积物会积聚在材料上,导致缝隙腐蚀。在这种情况下,不需要阴极保护。

连接螺旋桨的船轴锥度需要进行精密加工
©Clements Engineering

小结
钼可以提高高性能传动轴的强度和耐腐蚀性,在游船、商用船、民用船和军用舰船设计中发挥着重要作用。含钼高强度奥氏体不锈钢和双相不锈钢牌号具有螺旋桨轴所需的强度、韧性和耐腐蚀性。有了这些合金材料,各类船舶就能够在全球高效、安全、可靠地航行。(AK,CK)