整体超强化球墨铸铁曲轴新工艺项目可行性研究报告.docx
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整体超强化球墨铸铁曲轴新工艺项目可行性研究报告
整体超强化球墨铸铁曲轴新工艺项目
可行性研究报告
目录
一、概述___________________________________________________________3
1、项目背景____________________________________________________3
2、技术开发状况_________________________________________________4
3、产品的主要用途、性能、投资的必要性___________________________6
4、社会经济效益_________________________________________________6
5、项目实施单位优势分析_________________________________________6
二、技术可行性分析_________________________________________________7
1、关键技术特点、创新性和自有知识产权情况_______________________7
2、产品技术水平与国内外同类先进产品的比较_______________________13
3、项目单位及技术依托单位或合作单位的研究开发实力_______________13
三、项目成熟程度___________________________________________________15
1、项目研究开发阶段、生产条件和资金筹措情况_____________________15
2、产品质量稳定性和成品率情况___________________________________15
3、技术创新和有关知识产权_______________________________________15
四、市场分析_______________________________________________________15
1、国内市场状况_________________________________________________15
2、国际市场状况_________________________________________________16
五、投资估算及资金筹措_____________________________________________16
1、项目投资估算_________________________________________________16
2、资金筹措方案_________________________________________________16
3、投资使用计划_________________________________________________17
六、经济和社会效益分析_____________________________________________17
1、产品生产成本及销售收入估算___________________________________17
2、财务分析_____________________________________________________18
3、不确定性分析_________________________________________________18
4、盈亏平衡分析_________________________________________________19
5、财务分析结论_________________________________________________19
6、经济效益和社会效益分析______________________________________19
七、项目实施进度计划________________________________________________20
八、其它____________________________________________________________20
1、项目实施所需的基础设施及原材料（包括燃料）的来源、供应渠道等
情况_________________________________________________________20
2、环境保护措施_________________________________________________21
3、劳动保护和安全_______________________________________________22
九、申报资料附件清单________________________________________________22
一、概述
1、项目提出的背景
近年来，我国汽车工业发展势头强劲。
据国家汽车工业部门预测，未来几年内，重型汽车年增长率在20％左右，2005年重型汽车需求量约为55万辆，预计2010年重型汽车需求量约为110万辆。
曲轴是汽车的心脏—发动机的重要承载零件，由于其工作环境恶劣，在各断面容易产生弯曲扭转等故障，这就要求曲轴具有较高的抗拉强度、疲劳强度、表面强度及磨损性。
某曲轴有限公司的前身是某曲轴有限公司，始建于1989年，座落于历史悠久的文化古城某东某畔（沈营路62公里处），地理位置优越，交通便利。
厂区占地面积5.5万平方米，固定资产近亿元。
现有职工288人，工程技术人员及管理人员28人，其中中高级职称58人。
现有5条汽车发动机曲轴生产线,是具有铸造、机加为一体的专业生产厂。
曲轴产品为沈阳长城某内燃机有限公司、朝阳四方通利柴油机有限公司、大连北方柴油机制造有限公司、东风朝阳柴油机有限责任公司某服务站、广州市益铭有限公司、南京市鼓楼金陵实业有限公司、西安元顺汽配有限公司、浙江汽配杨东立汽配、哈尔滨丰盛汽车配件、南宁市望州旺汽配有限公司、武汉洪亮汽车配件、玉林市中龙机器配件有限公司等用户配套，年销售收入3000万元。
有先进的液压车床、组合机床、数控磨床、热处理设备及圆角滚压等设备，生产6缸、4缸20多个规格品种的汽油机和柴油机曲轴，已成为生产内燃机曲轴的专业厂家。
公司技术力量雄厚、生产设备精良、工艺先进、检测手段完善、产品质量可靠、性能稳定。
产品覆盖20多个省市自治区，在市场上享有盛誉，其中生产的491曲轴为沈阳长城内燃机有限公司生产的长城牌491Q型汽油机配套，CY4102ZLQ曲轴为朝阳四方通利柴油机有限公司生产的CY4102ZLQ型柴油机装机配套，CA6110曲轴为大连北方柴油机制造有限公司装机配套。
多年来，我公司遵循“以人为本，立足管理、依靠科技、持续发展、优质产品、一流服务、树品牌意识、创名牌产品”的宗旨，不断加强管理，特别是热加工采用了国内先进的铁型覆砂新工艺，建立了5条国内先进的双工位覆模砂自动生产线，同时采用了国内外先进的脉冲电源等离子氮化新工艺，取得了良好的效益。
更为突出的是，4102系列稀贵金属整体超强化球墨铸铁曲轴，采用自有的自主知识产权的专利技术及一套独特的新工艺，性能先进、技术适用，较传统生产工艺有较大的改进和发展。
产品整体性能普遍提高，达到国内领先水平，填补了国内空白，该项技术的推广应用对我国汽车内燃机行业的发展具有重要意义。
为降低成本、节约原材料、以铁代钢做出了重大贡献。
并于2003年通过了省级新产品鉴定和省级科技成果鉴定，多次经省、市技术监督部门抽检，均达到和超过国家标准要求，并申报批复了多项专利。
公司于2000年一次性通过了ISO9002质量管理体系认证。
2003年又一次通过了2000版ISO9001质量管理体系认证。
使我公司的质量管理上了一个新台阶，并与国际接轨，产品获得了进入国际市场的通行证。
2004年4102系列整体超强化球墨铸铁曲轴被评为省名牌产品，“内”牌注册商标被评为省著名商标，公司被评为省高新技术企业，“整体超强化球墨铸铁曲轴新工艺”被评为中国国际专利技术与产品交易会金奖。
由于公司有强大的技术支撑和质量保证体系,“内”牌的产品在国内外市场的品牌知名度高,产品处于供不应求的状况,特别是近年来由于旅行车、高档轿车行业的发展,公司曲轴产品的市场年需求量已达到50万支。
我公司生产的球墨铸铁曲轴为沈阳长城某内燃机有限公司、朝阳四方通利柴油机有限公司、大连北方柴油机制造有限公司等知名企业独家配套,品质优良,技术水平处于国内领先地位,属中国国内曲轴开发的空白,此产品开发市场前景很好。
市场的需求量已远远超过我公司的实际生产能力。
面对大好的国际市场,为了适应中国加入WTO后给汽车零配件市场带来的机遇和挑战,我公司一方面调整生产线,争取完成订单任务,另一方面提出项目进行技术改造,争取占领更多的曲轴市场份额。
该项目创造填补了我国铸造材质的一项空白，新开发的曲轴材料的抗拉强度和高韧性已达到国外公司经过热处理曲轴所达到的性能，生产工艺更简化，在汽车曲轴材料的研究和开发上处于国内领先水平；采用磁粉探伤在线检测，辅之以Ｘ射线探伤超声波对曲轴铸件进行检查，确保了产品质量；系统地运用了铁水中钛微合金化对材料综合机械性能的影响，并将其结果运用于指导生产，具有较高的学术水平和应用价值；完整地进行材料疲劳性能检验。
2、技术开发状况
该项目主要是为满足国内日益扩大的市场需求，对原有生产线进行技术改造，具有投资少，见效快的特点。
充分利用下料、热处理、清理设备及场地等基础条件，引进德国塞普森公司生产的可控气氛炉，并配套国内辅助设备，扩建厂房4000平方米，达到国内铸造行业一流水平，形成年产10万件中重型铸造曲轴的生产能力。
该项目技术是在国外类似工艺技术的基础上，通过充分借鉴和技术创新，自主研发成功该项技术。
项目采用先进的整体超强化球墨铸铁曲轴新工艺技术，为国内首创，适合我国的社会经济发展特点，项目申报十项专利技术，获得自主知识产权。
项目利用设施：
炉前快速分析仪、喂丝机、可控气氛炉等。
序号
设备名称
产地
数量
1
炉前快速分析仪
国内
1
2
电炉
国内
1
3
喂丝机
国内
1
4
可控气氛炉
德国
1
5
铁型覆砂生产线
国内
1
项目工艺流程简图为：
3、产品的主要用途、性能、投资的必要性
市场急需成本低，质量好（抗拉强度、延伸率、硬度等综合机械性能）的球墨铸铁曲轴。
目前国内球墨铸铁曲轴多采用正火工艺，综合机械性能满足不了用户的高标准要求，发展趋势必然是“整体超强化球墨铸铁曲轴新工艺”生产的球墨铸铁曲轴。
其特点是成本低、价格廉、综合性能好，能够满足用户的要求，因此发展此项目很有必要。
4、社会经济效益
该项目创造填补了我国铸造材质的一项空白，新开发的曲轴材料的抗拉强度和高韧性已达到国外公司经过热处理曲轴所达到的性能，生产工艺比国外的更简化，在汽车曲轴材料的研究和开发上处于国内领先水平；采用磁粉探伤在线检测，辅之以Ｘ射线探伤超声波对曲轴进行检查，确保了产品质量；系统地运用了铁水中钛微合金化对曲轴综合机械性能的影响，并将其结果运用于指导生产，具有较高的学术水平和应用价值；完整地进行材料疲劳性能检验。
项目达产将能够实现产值6000万元，可创利税1640万元，利润1100万元，具有可观的经济效益。
5、项目实施单位优势分析
某曲轴有限公司是由某曲轴有限公司过渡而来的。
始建于1989年，座落于历史悠久的文化古城某东某畔（沈营路62公里处），地理位置优越交通便利。
厂区占地面积5.5万平方米，固定资产近亿元。
现有职工288人，工程技术人员及管理人员28人，其中中高级职称58人。
现有5条汽车发动机曲轴生产线,是具有铸造、机加为一体的专业生产厂。
曲轴产品为沈阳长城某内燃机有限公司、朝阳四方通利柴油机有限公司、大连北方柴油机制造有限公司、东风朝阳柴油机有限责任公司某服务站、广州市益铭有限公司、南京市鼓楼金陵实业有限公司、西安元顺汽配有限公司、浙江汽配杨东立汽配、哈尔滨丰盛汽车配件、南宁市望州旺汽配有限公司、武汉洪亮汽车配件、玉林市中龙机器配件有限公司等用户配套，年销售收入3000万元。
有先进的液压车床、组合机床、数控磨床、热处理设备及圆角滚压等设备，生产6缸、4缸20多个规格品种的汽油机和柴油机曲轴，已成为生产内燃机曲轴的专业厂家。
公司生产设备精良、工艺先进、检测手段完善、产品质量可靠、性能稳定。
产品覆盖20多个省市自治区，在市场上享有盛誉。
多年来，我公司遵循“以人为本，立足管理、依靠科技、持续发展、优质产品、一流服务、树品牌意识、创名牌产品”的宗旨，不断加强管理，特别是热加工采用了国家先进的铁型覆砂新工艺，建立了5条国内先进的双工位覆模砂自动生产线，同时采用了国内外先进的脉冲辉光离子氮化新工艺，取得了良好的效益。
更为突出的是，4102系列稀贵金属整体超强化球墨铸铁曲轴，采用自有的自主知识产权的专利技术及一套独特的新工艺，性能可靠、技术适用，较传统生产工艺有较大的改进和发展。
产品整体性能普遍提高，达到国内领先水平，填补了国内空白，该项技术的推广应用对我国汽车内燃机行业的发展具有重要意义。
为降低成本、节约原材料，以铁代钢做出了重大贡献。
并于2003年通过了省级新产品鉴定和省级科技成果鉴定，多次经省、市技术监督部门抽检，均达到和超过国家标准要求，并申报批复了多项专利。
公司于2000年一次性通过了ISO9002质量管理体系认证。
2003年又一次通过了2000版ISO9001质量管理体系认证。
使我公司的企业管理于国际接轨，使产品进入国际市场获得了通行证。
2004年4102系列整体超强化球墨铸铁曲轴被评为省名牌产品，“内”牌注册商标被评为省著名商标，公司被评为省高新技术企业，“整体超强化球墨铸铁曲轴新工艺”被评为中国国际专利技术与产品交易会金奖。
由于公司有强大的技术支撑和质量保证体系,“内”牌的产品在国内外市场的品牌知名度高,产品处于供不应求的状况,特别是近年来由于旅行车、高档轿车行业的发展,公司曲轴产品的市场年需求量已达到50万支。
我公司生产的球墨铸铁曲轴为沈阳长城某内燃机有限公司、朝阳四方通利柴油机有限公司、大连北方柴油机制造有限公司等知名企业独家配套,品质优良,技术水平处于国内领先地位,填补国内曲轴开发的空白,此产品开发市场前景很好。
二、技术可行性分析
1、关键技术特点、创新性和自有知识产权情况
为了获得高强度、高韧性、高硬度，即综合机械性能较好的球墨铸铁曲轴，必须采用优质的曲轴铸件和合理的等温淬火工艺。
优质铸件：
1）好的表面粗糙度，尺寸精确，内在质量无缩松、夹渣、气孔等
2）球化级别大于1-3级，球径5-8级
3）金相组织要求：
铁素体+珠光体+微量碳化物和磷共晶
4）适合于等温淬火工艺的合理化学成分。
铸件生产：
根据球墨铸铁凝固特点，为杜绝曲轴铸件出现缩松及夹渣等缺陷的产生，采用铸型刚度好的铁型覆砂线（现铸造厂有四缸、六缸曲轴生产线各两条）进行生产，并采用了过滤技术，严格控制浇注温度，从而杜绝了铸件的缩松、夹渣和气孔主要缺陷。
化学成分的选择：
经过多次试验证明，选择合理的化学成分，对保证“整体超强化球墨铸铁曲轴”的机械性能极为重要。
公司采用本钢低硫、低磷Q10和Q12优质球墨铸铁生铁（人参铁）进行生产。
现将碳、硅、锰及合金元素分述如下：
碳：
通过试制表明碳（C）的含量，取决于铸件毛坯的厚度，鉴于4102系列、6102系列曲轴厚度均在70mm以上，根据资料介绍结合公司曲轴实际情况，我们将碳（C）定为3.6%左右。
硅：
硅（Si）在球墨铸铁5个主要元素中，是一个非常重要的元素。
尤其在等温淬火工艺过程中极为明显。
在试验及生产过程中，即要考虑到铁水的流动性，又要防止硅高产生石墨漂浮，通过等温淬火工艺的确定，经过多次硅的调整，最后我们确定硅（Si）的含量为2.7%左右为宜。
我们曾做过相同的等温温度和时间，硅2.7%和2.2%的球铁实验，发现硅能较好抑制渗碳体形成，使韧性提高。
锰：
锰（Mn）具有较强的碳化物稳定作用。
实践证明：
锰在球铁曲轴等温淬火中可显著提高淬透率。
但锰的最大问题是容易偏析到共晶晶粒周边，导致碳化物产生，经等温淬火易形成白区（残余奥氏体+马氏体）增多，使之球铁曲轴韧性、强度明显削弱，基于球铁曲轴在实际生产中，控制锰（Mn）量为0.25-0.35%。
合金元素：
由于锰量较低，在铸件中基本消除渗碳体，这对曲轴材质韧性有了很大提高。
但另一方面矛盾又出现了，即在等温淬火时，淬透性较差，通过观察在轴的心部存在着一定数量粒状索氏体组织。
经过理论分析，再通过生产实践，我们先后在铁水成分中加入铜（Cu）、钼（Mo）和钛（Ti）微量以增加淬透性。
实践证明：
铜在0.5%作用不明显，超过0.8%易产生脆性及热裂。
钼也是这样，加少了作用不大，加多了碳化物增多。
经过多次反复试验，在等温淬火工艺确定后，即保证曲轴在QT1000-4的前提下，确定：
铜（Cu）0.5-0.6%、钼（Mo）0.1-0.15%和钛（Ti）微量。
镁（Mg）稀土氧化物（ReO）：
实践证明在保证球化级别的基础上，残余镁量愈少愈好（对机械性能）。
如残余镁量过高，铸件易产生氧化镁（即小黑点），分布曲轴断面上严重影响机械性能。
稀土氧化物也应尽量减少，过多稀土氧化物加入，易出现断口分布稀土夹渣物，对材质性能也造成很大影响。
所以我们在生产中：
镁（Mg）控制在0.03-0.05%，稀土氧化物控制在0.025-0.040%。
综上所述：
4102系列、6102系列“整体超强化球墨铸铁曲轴”铸件化学成分如下：
碳（C）3.5-3.7%
硅（Si）2.6-2.8%
锰（Mn）0.25-0.35%
磷（P）小于0.06%
硫（S）小于0.025%
铜（Cu）0.5-0.6%
钼（Mo）0.1-0.15%
钛（Ti）微量
镁（Mg）0.05-0.05%
稀土氧化物（ReO）0.025-0.040%
造型、熔炼处理、浇注特点及要求：
造型：
采用轴类先进铁型覆砂工艺，铸型刚度强。
并在浇注系统部位放置滤网，应用过滤技术，从而解决夹渣、缩松主要缺陷。
熔炼处理：
严格炉料管理，强化熔炼工艺。
采用冲入法处理，处理后温度大于1400℃。
浇注：
浇注温度不低于1370℃，并采用硅钡孕育剂进行瞬时孕育，使之球径圆小，消除渗碳体。
球化率及金相组织：
（铸件毛坯）
球化级别：
1-3级
球径：
5-8级
金相组织：
铁素体+珠光体
上述部分系4102系列、6102系列曲轴铸件生产过程的陈述。
热处理参数的选用
奥氏体化温度：
资料普遍认为球铁850-950℃为奥氏体化加热区间。
通过生产试验，我们观察到：
温度高奥氏体晶粒粗大，针也粗大。
过低通过金相观察晶粒小，但有破碎铁素体存在，韧性好，强度低。
所以我们在实际生产中，考虑到综合机械性能，我们选定在900℃。
奥氏体化保温时间：
为使奥氏体的碳达到900℃的饱和冷解度，并根据有关资料介绍和其他兄弟厂生产经验及结合我公司曲轴实际情况定为1小时。
等温温度及时间：
等温转变温度是影响性能最主要因素，为制得QT1000-4牌号球铁曲轴，我们参改了欧洲标准“EN1564”介绍温度，结合我公司曲轴实际情况，自定为350-370℃进行等温。
等温时间选择在100分钟左右，使之强度和延伸率均达到最高值。
经热处理后性能达到：
σb（抗拉强度）大于1000MPa
δ（延伸率）大于4%
金项组织：
上贝氏体+10%（残余奥氏体+马氏体）+小于0.5%渗碳体+磷共晶
硬度：
HRC35-48
从上述机械性能及硬度来看，远远优于曲轴原QT800-2性能。
由于有了高性能的曲轴，则可满足目前市场对曲轴的需求。
采用标准：
1）JB/T6727-2000内燃机曲轴技术条件
2）JB/T51049内燃机曲轴产品质量分等
3）JB/T6729-93内燃机曲轴凸轮轴磁粉探伤
4）GB/T9441-88球墨铸铁金相检查
5）GB/T1412-85球墨铸铁用生铁
6）GB/1348-88球墨铸铁件
7）GB/T231-85金属布氏硬度实验方法
8）GB/T228-85金属拉伸实验方法
9）GB/719-85生铁化学分析用试样的采用和制备
10）GB/T4010-94铁合金化学分析用试样的采取和制备
11）GB/T223.69-1997钢铁及合金化学分析方法管式炉内燃烧后气体容量法测定碳含量
12）GB/T223.5-1997钢铁及合金化学分析方法还原型硅钼酸盐光度法测溶硅含量
13）GB223.3-88钢铁及合金化学分析方法
GB223.61-223.65-88
14）GB223.67-89钢铁及合金化学分析方法还原蒸馏-次
甲基蓝光度法测硫量
15）GB223.19-89钢铁及合金化学分析方法新亚铜灵-三
氯甲烷萃取光度法测定铜量
16）GB/T223.45-94钢铁及合金化学分析方法铜试分离-二
甲苯胺蓝Ⅱ光度法测定镁量
17）GB4333.1-84硅铁化学分析方法
GB4333.7-84
18）GB433.2～433.4-88硅铁化学分析方法
GB433.6-88
GB433.8-88
19）GB/T3795-1996锰铁
20）GB5686.1-88锰铁合金化学分析方法
21）GB5686.2-85锰硅合金化学分析方法
22）GB/T2286-91焦碳全硫含量的测定方法
23）EN1564球墨铸铁件标准（波兰）
本工艺的应用及发展：
“整体超强化球墨铸铁曲轴”自1999年开始试制成功到2004年，已在4102系列、6108、6100系列曲轴得到了应用，并大量进行生产。
该工艺具有良好的加工性能及较高的机械性能（超过国内同行业、同类产品），具有良好的市场竞争力，完全可以与合金结构钢曲轴相媲美。
下一步我们将进一步在总结经验的基础上与科研单位、高等学校合作，继续在大型曲轴上探索、开拓进取。
目前，国内外生产用曲轴的材料主要有锻钢和球铁两类，球墨铸铁作为一种结构材料，物镁价廉，不少厂家正在考虑用球墨铸铁代替45锻钢制造曲轴。
为了提高承载能力和可靠性，一些重要的发动机球墨铸铁曲轴都采取了一些强化措施。
发动机曲轴是一个形状复杂且服役条件十分复杂而苛刻的零件，在实际应用中大量的曲轴失效事故统计表明，弯曲和扭转疲劳断裂是曲轴的主要破坏形式，特别是弯曲疲劳断裂最为常见，约占曲轴失效总数的95%以上。
以铁代钢，采用圆角强化是一种较为经济的选材及强化方法。
“整体超强化球墨铸铁曲轴”良好的综合机械性能，是由优质的铸造基体组织和经过合理的热处理工艺获得的金相组织{上贝氏体+白区（残余奥氏体+马氏体）+细小圆整石墨球]来保证的。
4102系列、6102系列曲轴除具有较高的抗拉强度（σb≥1000MPa）还具有较高的韧性（δ≥4%）。
采用的解决方案：
首先是原辅材料的特殊组合，结合熔炼过程的关键（铁水温度），加上特殊的浇铸孕育，特殊的成型工艺及采用的过滤技术，再加上独特的热处理工艺，形成了一整套完整的整体超强化球墨铸铁曲轴工艺流程。
项目关键技术主要体现如下：
“整体超强化球墨铸铁曲轴新工艺”是一套系统工程，在4102系列上已经成熟，批量生产，并于2003年通过了4102系列整体超强化球墨铸铁曲轴省级新产品鉴定和“整体超强化球墨铸铁曲轴新工艺”省级科技成果鉴定。
申报并批复了7项国家专利（发明专利5项，实用新型2项）。
我公司从原材料就开始严格控制，选用本钢的低磷低硫“人参铁”（Q10、Q12）。
铜钼合金化和钛微合金化，加之成型工艺采用铁型覆砂，工艺易掌握，质量稳定
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