沈陽市鑄緞工業(yè)園失效的鑄、鍛件產(chǎn)品的測試分析服務(wù)

1、沈陽市鑄鍛工業(yè)園鑄鍛件及熱處理件的質(zhì)量問題（失效）測試分析服務(wù)1.背景和意義1.1項目所屬技術(shù)領(lǐng)域的確切含義沈陽鑄鍛工業(yè)園是由沈陽鑄造研究所及鐵西所有企業(yè)的鑄造、鍛造、熱處理等車間，搬遷到沈陽鐵西開發(fā)區(qū)集中建設(shè)占地1.5平方公里的鑄鍛工業(yè)園。其中沈重合沈礦的鑄鋼、鍛壓、熱處理部分，沈陽鑄造廠、壓縮機廠、水泵廠鑄鐵鑄鋼部分分別組建成二個共同體，為使生產(chǎn)進一步專業(yè)化、集約化，這兩大共同體又聯(lián)合組建沈西鑄鍛工業(yè)公司。沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司（以下簡稱沈陽鑄鍛公司）于2007年2月26日注冊正式成立。鑄鍛工業(yè)園區(qū)形成后,整合優(yōu)化技術(shù)力量了，提高了生產(chǎn)能力。鑄鍛工業(yè)園區(qū)形成后,年冶煉能力達15萬t,最大鋼液

2、澆注量達400 t,鑄件年產(chǎn)量達6萬t,鍛件年產(chǎn)量達4萬t,最大鑄件達250 t,熱處理能力提高到2萬t,最大淬火件達100 t,配置3.5萬t的模鍛壓力機、1萬t的護環(huán)壓力機和1萬t的鍛造水壓機。鑄鍛工業(yè)園區(qū)內(nèi)鑄鍛工業(yè)公司立足于鞏固強化主導(dǎo)優(yōu)勢產(chǎn)品，重點向高附加值、新技術(shù)產(chǎn)品方向延伸，生產(chǎn)火電、水電、風(fēng)電、核電類大型鑄鍛件，重型燃汽機、水輪機、汽輪機、石化、船用、泵用鑄鋼件，鼓風(fēng)機等鑄鐵件和各種熱處理件產(chǎn)品。隨著鑄鍛工業(yè)園內(nèi)各種鑄鍛件生產(chǎn)能力的提高及熱處理件的增大，鑄鍛件的形狀復(fù)雜化，產(chǎn)品質(zhì)量的問題也時常出現(xiàn)。解決這些問題，不僅需要技術(shù)人員的縝密分析更需要先進的精密儀器作為檢測手段參與其中。

3、為此，沈陽鑄鍛工業(yè)園的沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司和沈陽工業(yè)大學(xué)展開合作，利用沈陽工業(yè)大學(xué)先進的大型精密儀器對鑄鍛工業(yè)園內(nèi)出現(xiàn)問題的各種鑄鍛件及熱處理件進行測試分析，包括選用原材料的成分檢驗和產(chǎn)品的微觀組織觀察及性能測試等，經(jīng)綜合分析提供產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題的原因。沈陽工業(yè)大學(xué)入網(wǎng)的大型精密儀器掃描電子顯微鏡和與其配套的能譜分析儀完全具備原料成分檢驗功能和制品微觀組織觀察分析功能，本著大型儀器設(shè)備共享服務(wù)的宗旨，服務(wù)于社會、服務(wù)于企業(yè)的目標(biāo)，與沈陽鑄鍛工業(yè)園的沈陽鑄鍛工業(yè)有限公司開展了此項目的合作。該項目的順利實施，能夠有助于沈陽鑄鍛工業(yè)園健康發(fā)展，會給我市乃至全國鑄鍛產(chǎn)業(yè)以及我國裝備制造業(yè)帶來新的發(fā)展契

4、機，也會促進我國裝備制造業(yè)進入世界先進行列。同時，該項目的順利實施，能推動大型儀器設(shè)備為全社會共享服務(wù)為目的而實施的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)更上一層樓。1.2項目的需求分析，對行業(yè)進步和我市經(jīng)濟社會發(fā)展的推動作用在機械產(chǎn)品制造中，鑄鍛工藝是機械制造業(yè)最重要的基礎(chǔ)工序，鑄鍛件的共獻率在60%以上。沈陽市鐵西工業(yè)區(qū)作為國家重要老工業(yè)基地和國家重要裝備制造業(yè)基地, 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,對終端制造業(yè)的產(chǎn)品提出越來越高的要求,如機床、汽車、重礦機械、冶金裝備、工程機械等產(chǎn)品,需要技術(shù)含量高、產(chǎn)品性能好、生產(chǎn)效率高、供貨能力強的以鑄鍛產(chǎn)品為主的相當(dāng)數(shù)量的基礎(chǔ)零部件。在未來的1015年將是我國推進工業(yè)化的關(guān)鍵時

5、期，電力、石化、冶金、交通運輸?shù)刃袠I(yè)都將繼續(xù)快速發(fā)展，孕育著對大量鑄鍛件的空前需求。在核電裝備領(lǐng)域，根據(jù)我國核電中長期發(fā)展規(guī)劃，到2020年核電裝機容量將達到4000萬千瓦。近兩年已經(jīng)或即將開工建設(shè)的二代改進型和三代百萬千瓦級核電機組在20臺以上。法國在其核電建設(shè)高峰期最多年份開工建設(shè)10臺左右，我國每年開工建設(shè)量將會創(chuàng)造世界核電發(fā)展史上新記錄。一套百萬千瓦壓水堆核電機組核島部分的反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器和穩(wěn)壓器的殼體及管板、主管道鍛件按3億元計算，平均每開工建設(shè)10臺核電機組，大型鑄鍛件市場就在30億元以上。此外，核電常規(guī)島部分也需要大量的鑄鍛件。在火電裝備領(lǐng)域，雖然我國放緩火電建設(shè)速度，

6、但是未來若干年每年火電裝機也都會維持在大約5000萬千瓦。按每臺大型燃煤機組需要大型鍛件200噸計算，預(yù)計每年火電鍛件年均需求量在2萬噸左右。在水電裝備領(lǐng)域，按水電發(fā)展規(guī)劃，國內(nèi)15年內(nèi)將新增單機容量50萬千瓦及50萬千瓦以上大型水電機組近400臺，每年平均新裝30臺50萬千瓦及50萬千瓦以上大型水電機組，每臺大型水電機組需要大型鍛件200240噸，年鍛件市場需求在60007200噸。在石化裝備領(lǐng)域，我國原油加工能力2010年達到4億噸，2020年將達到5億噸左右。為此，將新建和改造20多個千萬噸級大型煉油廠，預(yù)計每年需鍛焊結(jié)構(gòu)的厚壁重型容器30臺左右，其中千噸級以上加氫反應(yīng)器占1/3。在煤化

7、工裝備領(lǐng)域，神華集團已在內(nèi)蒙古開工建設(shè)我國第一座年產(chǎn)油品500萬噸的煤液化工程，一期工程第一條線為100萬噸/年。每套100萬噸/年的裝置需要加氫反應(yīng)器12臺，其中2000噸級超大型加氫反應(yīng)器就有4臺。此外，煤制烯烴、甲醇、二甲醚、合成氣等煤化工項目也都需要大量的反應(yīng)容器。在冶金設(shè)備領(lǐng)域，隨著鋼鐵工業(yè)的技術(shù)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐進一步加快，在“十一五”期間，每年冷熱連軋機新建和配件所需鍛鋼支承輥約700支左右，毛坯鍛件約5萬噸（每支毛坯鍛件重70噸）；每年中厚板軋機鍛鋼支承輥新建和配件約150支（每支毛坯鍛件重100噸），毛坯鍛件約1.5萬噸。熱軋工作輥每年需要毛坯鍛件約3萬噸。合計起來，每年需在

8、萬噸級水壓機上生產(chǎn)的大型軋輥毛坯鍛件接近10萬噸。在船舶裝備領(lǐng)域，2007年中國承接新船訂單已占世界市場份額42.5%，成為世界造船史上第一個訂單量超億噸的造船大國，未來幾年，我國造船能力也會成長為全球第一。2010年以后，國內(nèi)每年需要大型船用曲軸300根以上，平均每年需要在萬噸級水壓機上生產(chǎn)的毛坯鍛件需求量超過2萬噸。在國家“十二五”規(guī)劃中：高端裝備制造業(yè)作為國家戰(zhàn)略的重要支柱，其“十二五”規(guī)劃的目標(biāo)要更遠大。計劃到2015年，我國高端裝備的銷售產(chǎn)值占裝備制造業(yè)的比例達到20以上，力爭通過10年左右的努力，使高端裝備制造業(yè)成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。沈陽裝備制造業(yè)09年實現(xiàn)增加值967.4億元，

9、增長18.6%，占全市規(guī)模以上工業(yè)增加值的48.0%。規(guī)模以上工業(yè)實現(xiàn)高新技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)值3216.2億元，增長19.1%。在沈陽"十二五"規(guī)劃中明確了沈陽經(jīng)濟社會發(fā)展的三大目標(biāo)，分別是，建設(shè)國家中心城市、先進裝備制造業(yè)基地、生態(tài)宜居之都，進而率先實現(xiàn)老工業(yè)基地的全面振興。鑄鍛工業(yè)是裝備制造業(yè)發(fā)展的基石。鑄鍛件產(chǎn)品質(zhì)量也是裝備制造業(yè)發(fā)展的保證。鑄鍛工業(yè)園是為聚集區(qū)各大型企業(yè)集團提供大型關(guān)鍵鑄鍛件的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，承擔(dān)著全沈陽市80%左右的鑄鍛件生產(chǎn)任務(wù)，鑄鍛件產(chǎn)品的質(zhì)量極為重要。把大型精密儀器掃描電子顯微鏡應(yīng)用到鑄鍛件產(chǎn)品跟蹤、檢測服務(wù)以及參與產(chǎn)品的科技攻關(guān)是確保鑄鍛工業(yè)園生產(chǎn)出高質(zhì)

10、量鑄鍛件產(chǎn)品的保證。而且對沈陽市的經(jīng)濟社會發(fā)展具有重大的推動作用。因此，把大型設(shè)備共享服務(wù)擴展到沈陽鑄鍛工業(yè)園是非常必要的。1.3項目的重要性和緊迫性分析鑄鍛件制造業(yè)是一個非常特殊的行業(yè)，既是我國經(jīng)濟建設(shè)、發(fā)展國民經(jīng)濟的關(guān)鍵性行業(yè)，也是我國重大裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，更是我國國防建設(shè)必需的行業(yè)；是關(guān)系到國家安全和國家經(jīng)濟命脈的不可或缺的戰(zhàn)略性行業(yè)，也是國家能力的重要組成；鑄鍛件行業(yè)的發(fā)展水平是衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。鑄鍛件產(chǎn)品是電力、冶金、石化、造船、鐵路、礦山、航空航天、軍工、工程等裝備的基礎(chǔ)部件，其經(jīng)濟帶動性強，輻射作用大，是產(chǎn)業(yè)鏈上不可缺少的重要一環(huán)。近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)政策的扶持以及

11、我國重工業(yè)化的進程推進，機器設(shè)備需求量急劇增加。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，在近幾年中我國包裝機械的需求量將以每年4%的速度增長，同樣，由于全球經(jīng)濟的快速發(fā)展對礦產(chǎn)資源的需求也迅速提升，對礦用機械設(shè)備就提出了雙重需求，一是改造的需求，二是新勘探的需求，礦用機械設(shè)備無疑需求量會增加。與此同時，基礎(chǔ)設(shè)備的投資，尤其是我國高速鐵路客運專線、高速公路網(wǎng)的投資等，也會牽引著機械設(shè)備的需求，據(jù)統(tǒng)計資料顯示，2008年1-2月混凝土機械產(chǎn)量和叉車產(chǎn)量同比分別增長了89.8%和82.3%，而鏟運機械也保持了29.2%的增長，增速都有所加快，2008年相關(guān)產(chǎn)品仍將保持高速增長。如此的數(shù)據(jù)就顯示出機械設(shè)備需求量快速增加，這勢

12、必帶動鑄鍛件需求量的快速增加。因此鑄鍛件制造業(yè)發(fā)展是非常緊迫的。在2010年10月18日發(fā)布的國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定中，確定高端裝備制造產(chǎn)業(yè)為我國現(xiàn)階段重點培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，到2020年將發(fā)展成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。 高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求對鑄鍛件提出了更高的要求，大型鑄鍛件產(chǎn)品成為急需，如：重點發(fā)展大型核電設(shè)備鑄鍛件，百萬千瓦級超臨界/超超臨界火電機組鑄鍛件，70萬千瓦以上等級大型混流式水輪機組鑄鍛件，石化、煤化工重型容器鍛件，冷熱連軋機鑄鍛件，大型船用曲軸、螺旋槳軸鍛件，大型軸承圈鍛件等。目前，鍵鑄鍛件生產(chǎn)能力和質(zhì)量難以滿足高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，這

13、已成為裝備制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。發(fā)展鑄鍛制造業(yè)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄鍛件產(chǎn)品是高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的基礎(chǔ)保證。因此，此項目的開展是非常緊迫和急需的。2.項目實施內(nèi)容2.1項目實施過程中每項任務(wù)的具體內(nèi)容以及經(jīng)費需求1) 調(diào)研、查閱和檢索相關(guān)資料；費用2.5萬元。2) 初步設(shè)計新的刀具的材料并熔煉合金；用新的刀具的材料制成刀具；費用5萬元。3) 工廠試驗，材料的組織觀察，性能測試，對刀具出現(xiàn)的問題進行失效分析，調(diào)整材料成分，費用5萬元。4) 確定最優(yōu)的刀具材料成分，制成成品刀具，小批量生產(chǎn)，5萬元。5) 總結(jié)資料，寫總結(jié)報告，撰寫論文，申請專利，準(zhǔn)備結(jié)題，2.5萬元。2.2采用主要技術(shù)手段的先進性、創(chuàng)

14、新性掃描電子顯微鏡是近十幾年來獲得迅速發(fā)展的一種新型電子光學(xué)儀器。它的成像原理與光學(xué)顯微鏡不同，不用透鏡放大成像，而是以類似電視攝影顯像的方式，利用細聚焦電子束在樣品表面逐點掃描，與樣品發(fā)生相互作用產(chǎn)生各種物理信號，這些信號經(jīng)檢測器接收、放大并轉(zhuǎn)換成調(diào)制信號，最后在熒光屏上顯示反映樣品表面各種特征的圖象。與光學(xué)顯微鏡相比，掃描電鏡的優(yōu)點是：分辨率高。掃描電鏡的分辨率能達到幾納米。放大倍數(shù)高。它的放大倍數(shù)一般在1030萬倍之間連續(xù)可調(diào)，景深大。有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細微結(jié)構(gòu)。試樣制備簡單。在配備能譜儀的掃描電子顯微鏡上不僅可以對樣品進行三維形貌的觀

15、察和分析同時可以進行微區(qū)的成分分析。 正是由于掃描電子顯微鏡具有上述優(yōu)點和功能，所以已廣泛用于材料科學(xué)（金屬材料、非金屬材料、鈉米材料）、冶金、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體材料與器件、地質(zhì)勘探、病蟲害的防治、災(zāi)害（火災(zāi)、失效分析）鑒定、刑事偵察、寶石鑒定、工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量鑒定及生產(chǎn)工藝控制等。 沈陽工業(yè)大學(xué)的掃描電子顯微鏡，其型號為日立S-3400N。它是當(dāng)今最新型的鎢燈絲掃描電子顯微鏡，在東北是第一家裝機使用。目前沈陽市只有兩臺此型號的設(shè)備，另一臺為沈陽金屬研究所所有。 日立S-3400N掃描電子顯微鏡的特點為：采用渦輪分子泵抽真空，只需6分鐘即可達到工作狀態(tài)，更換樣品只需90秒鐘；圖像分辨率高

16、，二次電子像可達3.0nm，背散射電子像可達10.0nm。有低真空系統(tǒng)，對生物樣品，非導(dǎo)電樣品可直接進行觀察。配備的美國產(chǎn)能譜儀，精度高，可直接進行微區(qū)成分分析。該設(shè)備迄今為止已為科研院所、各大企業(yè)提供很多服務(wù)，如金杯汽車零件的失效分析、沈陽有色研究院的礦石鑒定以及沈陽星光陶瓷廠陶瓷材料的質(zhì)量鑒定等。沈陽機床集團勒管機刀具在使用過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題。我們對沈陽機床集團提供的失效刀具進行了掃描電鏡的組織觀察和能譜分析，發(fā)現(xiàn)刀具失效的原因與其材質(zhì)有著密切的關(guān)系。材質(zhì)決定了刀具最后性能，材質(zhì)的選擇是非常關(guān)鍵的。通過前期的刀具失效分析，發(fā)現(xiàn)常規(guī)的刀具材料不能滿足沈陽機床集團勒管機刀具的使用要求。為此，決

17、定把掃描電鏡的測試分析功能應(yīng)用到新材料開發(fā)上，研制出適合勒管機新的刀具材料。2.3項目實施進度及階段目標(biāo)2011.0l2011.03：初步設(shè)計出材料成分，熔煉出材料合金，制成刀具。2011.042011.06：工廠試驗，材料的組織觀察，性能測試，調(diào)整新材料成分。2011.072011.09：確定最優(yōu)的刀具材料成分，制成成品刀具，小批量試生產(chǎn)。2011.102011.12：總結(jié)資料，寫總結(jié)報告，撰寫論文，申請專利，準(zhǔn)備結(jié)題。2.4項目總體目標(biāo)，預(yù)計取得的成果及其表現(xiàn)形式(數(shù)據(jù)量化)研發(fā)出符合使用要求的勒斷機刀具材料，并制成刀具產(chǎn)品，刀具在實際使用過程中壽命能達到原刀具壽命三倍以上，切割質(zhì)量高于原

18、來要求。申報2項以上新材料專利。國內(nèi)行業(yè)內(nèi)核心期刊以上的論文至少1篇；2.5各單位承擔(dān)內(nèi)容的具體情況(合作項目填報)沈陽工業(yè)大學(xué)負責(zé)材料成分的設(shè)計、各種性能測試及刀具的失效分析。沈陽機床集團單位負責(zé)刀具的制作及提供刀具試用的設(shè)備及場地。3.保障措施3.1項目單位現(xiàn)有工作基礎(chǔ)、水平及條件 1) 氣體保護合金熔煉爐1臺(德國Strik0-westofen公司：CMHC-N 300 MG) 2) 各種規(guī)格的熱處理爐數(shù)臺 3) 原子吸收光譜l臺(日本：Z5000) 4) 日立S-3400N型掃描電子顯微電鏡，美國EDX公司生產(chǎn)的能譜儀 5) 力學(xué)性能測試、硬度測試等設(shè)備 6) Olympus顯微鏡一臺

19、和江蘇捷達公司的定量金相分析系統(tǒng)一臺3.2現(xiàn)有大型儀器設(shè)備資源入網(wǎng)狀況本單位現(xiàn)有大型儀器入網(wǎng)設(shè)備全學(xué)校達到百余臺，僅我們材料學(xué)院就有2040余臺。大部分的入網(wǎng)設(shè)備都實現(xiàn)了資源共享。以掃描電子顯微鏡為例，它是2005年開始入網(wǎng)的，從入網(wǎng)至今先后與科研院所、大中型企業(yè)以及民營企業(yè)進行合作，開展了共享服務(wù)，其中有鑄造研究所的多個項目的檢測服務(wù)；有色研究院礦石的檢驗；金杯有限公司多個產(chǎn)品的失效分析并為其提供合理建議；還有合資及民營企業(yè)的產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗等，這些共享服務(wù)都取得了很好效果，提高設(shè)備的利用率。3.3項目管理協(xié)調(diào)機制及運行機制本項目在實施中，沈陽工業(yè)大學(xué)負責(zé)材料成分的設(shè)計及各種性能測試；沈陽機床

20、集團負責(zé)刀具的制作及刀具的試用實驗等。沈陽機床集團選派一名人員與項目負責(zé)人緊密聯(lián)系，協(xié)調(diào)兩個單位的工作，負責(zé)項目合作單位的試驗工作，如刀具的制作及刀具的試用實驗等。3.4項目服務(wù)對象對項目的參與和配合程度沈陽機床集團選派一位技術(shù)人員與項目負責(zé)人聯(lián)系溝通，同時負責(zé)試驗刀具的制作、提供刀具試用的設(shè)備及場地，并對每次試驗的結(jié)果進行反饋。4.投資估算與資金籌措鋼管勒斷機刀具材料的研制項目總投資額估算為30萬元。（因是自選項目，沒有經(jīng)費來源，為此特申請市科技計劃項目資金30萬元。）4.1項目實施期間計劃投資額，已完成投資額，需新增投資額(須對各投資分項說明資金來源及主要用途)項目實施期間計劃投資額30萬

21、；需新增投資額30萬元，政府扶助資金，用于項目開展。4.2項目經(jīng)費的具體使用和安排計劃1) 印刷費、檢索資料費用1.8萬元，其中，查新、相關(guān)資料檢索，平均每次0.15萬元,需10次以上，相關(guān)印刷費用0.3萬元；2) 試驗及原材料費8.5萬元，用于購買實驗用原材料及熔煉和熱處理實驗相關(guān)試驗材料費；3) 掃描電鏡耗材費用0.5萬元，用于購買電鏡燈絲、導(dǎo)電膠帶等；4) 各種性能及其他測試費3.5萬元，包括拉伸、沖擊、硬度、磨損等性能測試，還包括其他測試費；5) 差旅費1萬元，用于調(diào)研等差旅費用；6) 申報專利、發(fā)表文章費用1.4萬元，申報專利2相，每項0.5元，發(fā)表文章至少1，每篇0.2元左右；7) 鑒定、驗收費用1.5萬元，項目完成后組織鑒定等費用。8) 人工費1.8萬元，研究生科研補助費1.2萬元（500元/月/人，共2人、一年），非課題參加人員為課題服務(wù)的勞務(wù)費0.60萬元。9) 管理費用5萬元，學(xué)校按進款額的20%收；10) 其他費用0.5萬元，應(yīng)用于各種不可預(yù)見及突發(fā)事件的準(zhǔn)備