薄規(guī)格高韌性船板軋鋼工藝探討

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1、薄規(guī)格高韌性船板軋鋼工藝探討摘要：針對(duì)韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)公司在用常規(guī)熱軋工藝開發(fā)薄規(guī)格D級(jí)船板時(shí)出現(xiàn)應(yīng)變時(shí)效不合問題進(jìn)行了研究和工業(yè)試驗(yàn)。通過對(duì)鋼板的成分設(shè)計(jì)和4種不同工藝方案的比較，得出采用Al、Nb／V微合金化，并采用兩階段控軋+軋后控冷工藝，可生產(chǎn)出合格的薄規(guī)格D級(jí)船板。關(guān)鍵詞：薄鋼板；船板；應(yīng)變時(shí)效沖擊韌性；T藝優(yōu)化在各船級(jí)社的普通強(qiáng)度船板鋼交貨條件中，均規(guī)定厚12．5mm以下的鋼板可以任何軋制狀態(tài)交貨。因此，韶鋼生產(chǎn)的B級(jí)船板以熱軋狀態(tài)交貨；而在開發(fā)D級(jí)船板時(shí)，采用常規(guī)熱軋工藝卻出現(xiàn)了應(yīng)變時(shí)效沖擊性能不合現(xiàn)象。在制造船體結(jié)構(gòu)時(shí)，由于經(jīng)常采用彎曲、卷邊、沖孔、剪裁

2、等產(chǎn)生局部塑性變形的工藝操作，易引起應(yīng)變時(shí)效。因此盡管各國船級(jí)社的船規(guī)中未明確規(guī)定應(yīng)變時(shí)效沖擊值，但在造船用鋼板的船級(jí)社認(rèn)證過程中，應(yīng)變時(shí)效沖擊韌性是一項(xiàng)重要指標(biāo)，如D級(jí)船板在認(rèn)證過程中即要求－20℃應(yīng)變時(shí)效沖擊韌性達(dá)到27J以上。為此，對(duì)影響薄規(guī)格D級(jí)普通強(qiáng)度船板低溫應(yīng)變時(shí)效沖擊韌性的工藝控制問題進(jìn)行了探討。通過調(diào)整軋制工藝，獲得了符合性能要求的船板。?1應(yīng)變時(shí)效產(chǎn)生機(jī)理構(gòu)件用鋼經(jīng)冷塑性變形后，在室溫放置較長時(shí)間或稍經(jīng)加熱后會(huì)發(fā)生應(yīng)變時(shí)效，其強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降。應(yīng)變時(shí)效的本質(zhì)是由于柯氏氣團(tuán)的形成，造成鋼的強(qiáng)化和脆化。如果鋼中氮濃度較高，柯氏氣團(tuán)的形成更

3、容易；如果鋼的純凈度高，氮含量低，脫氧程度好，即為提高時(shí)效沖擊韌性創(chuàng)造了條件。減少間隙溶質(zhì)元素，或加入固定C、N的強(qiáng)碳化物形成元素Al、Nb、V，使C、N與之結(jié)合成穩(wěn)定的化合物而從固溶體中消除，則柯氏氣團(tuán)就無從產(chǎn)生，從而會(huì)減弱或完全消除在較低溫度時(shí)發(fā)生的應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。此外，Al、Nb、V和C、N形成的化合物還有細(xì)化晶粒作用，可使鋼的強(qiáng)韌性提高。?2試驗(yàn)方案2．1化學(xué)成分的確定根據(jù)應(yīng)變時(shí)效產(chǎn)生情況，結(jié)合韶鋼實(shí)際，成分確定的控制范圍：C含量在0．05％～0．18％，Mn含量為0．80％。采用Nb／V和A1復(fù)合微合金化。由于采用轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝，鋼中氮含量較低，控制在20×1

4、0-6～40×10-6。2．2生產(chǎn)工藝路線生產(chǎn)工藝路線：120t轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→寬板坯連鑄→步進(jìn)式加熱爐加熱→高壓水除鱗→可逆式立輥軋機(jī)軋制→3450mm四輥可逆式寬板軋機(jī)軋制→層流冷卻→熱矯直→精整→板材標(biāo)識(shí)、堆垛、入庫。2．3試驗(yàn)方法在120t大轉(zhuǎn)爐寬板坯生產(chǎn)線冶煉150mm×2200mm坯，選擇其中1個(gè)爐號(hào)的板坯，按以下4種不同生產(chǎn)工藝進(jìn)行試驗(yàn)(軋后板厚12mm)，見表1。試驗(yàn)中除最后一道次外，其余道次的單道次壓下率均在10％以上。在4種試驗(yàn)工藝中，工藝3的控制較難：由于待溫鋼板厚度薄，因而造成待溫后鋼板頭尾、側(cè)邊溫降大，對(duì)鋼板板形有一定影響。為此，在試驗(yàn)

5、工藝4中提高了鋼板待溫厚度。?3試驗(yàn)結(jié)果及分析3．1試驗(yàn)結(jié)果3．1．1強(qiáng)度和塑性沿鋼板的縱向和橫向取樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。其結(jié)果見表2。由表2可見，工藝2(常規(guī)軋制+控冷)與工藝1(常規(guī)軋制+空冷)相比，強(qiáng)度提高了15～35MPa，塑性略有提高。而采用工藝3、工藝4(控軋+控冷)比采用工藝1強(qiáng)度提高近100MPa，伸長率降低約5％。3．1．2低溫韌性鋼板取樣后，按國家標(biāo)準(zhǔn)加工成10mm×l0mm×55mm的V型缺口試樣，于JB-30B沖擊試驗(yàn)機(jī)上檢測(cè)20、0、一20、一40、一60℃等不同溫度時(shí)的沖擊韌性值，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1可見，在溫度為20～一20℃時(shí)，各工藝方案

6、下試樣的沖擊韌性均較好。當(dāng)溫度降到一40℃時(shí)，采用工藝3、工藝4試樣的沖擊值較用工藝1、工藝2時(shí)提高100J。對(duì)于一60℃時(shí)的沖擊韌性，采用工藝4(第2軋程累計(jì)壓下率68．6％)時(shí)最好。3．1．3應(yīng)變時(shí)效韌性應(yīng)變時(shí)效韌性的檢驗(yàn)方法：取縱向拉伸試樣進(jìn)行10％的拉伸變形，經(jīng)過應(yīng)變的拉伸樣坯，按標(biāo)準(zhǔn)加工成V型缺口沖擊試樣。將制備好的沖擊試樣在250℃下均勻加熱，并保溫1h(人工時(shí)效)，然后在空氣中冷卻至室溫。取經(jīng)過應(yīng)變時(shí)效的沖擊試樣，在20、0、一20、40、一60℃不同溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2可見，采用控軋控冷工藝明顯改善了鋼板的應(yīng)變時(shí)效沖擊韌性，工藝4在

7、一40、一60℃的應(yīng)變時(shí)效均達(dá)到100J以上，與工藝3(第2軋程累計(jì)壓下率56．89／6)相比，在20、0、一20℃時(shí)二者的應(yīng)變時(shí)效沖擊值相近，而在一40、一60℃時(shí)其比工藝3提高60J以上。3．1．4金相組織對(duì)采用4種不同工藝所軋鋼板取樣進(jìn)行金相分析，其組織、帶狀組織、鐵素體晶粒度、夾雜物情況如表3所示。3．2試驗(yàn)結(jié)果分析同一爐號(hào)按不同工藝軋制薄規(guī)格板時(shí)，采用常規(guī)熱軋工藝1和工藝2能滿足Q235D、Q235E(不要求應(yīng)變時(shí)效鋼種)等鋼種的低溫韌性要求；采用控軋控冷工藝(工藝3和工藝4)所軋鋼板的綜合性能均可達(dá)到D級(jí)船板的要求。而且，工藝4比工藝3的低溫應(yīng)變時(shí)效