高強(qiáng)度船板鋼DH36控冷工藝的研究

譚海鵬任學(xué)平（1北京科技大學(xué)，北京100083 天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300301)

高強(qiáng)度船板鋼DH36控冷工藝的研究

譚海鵬1,2任學(xué)平2（1北京科技大學(xué)，北京100083 2天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津 300301)

通過(guò)不同的控冷工藝既采用不同的冷卻速度、終軋溫度及終冷溫度對(duì)船板鋼DH36的沖擊韌性和力學(xué)性能的影響進(jìn)行分析。從而得到最佳的控冷工藝：38 mm厚的鋼板，終冷溫度控制在660℃～680℃，50 mm厚的鋼板，終冷溫度控制在630℃～670℃。使船板鋼低溫沖擊韌性滿足標(biāo)準(zhǔn)和船級(jí)社要求。

船板鋼 控制冷卻 軋制 沖擊韌性 力學(xué)性能

1 前言

近年來(lái)我國(guó)造船業(yè)發(fā)展迅速，對(duì)于船板鋼的需求與日俱增，同時(shí)，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，船舶結(jié)構(gòu)對(duì)材料的要求也越來(lái)越高，這類鋼不但要求具有高強(qiáng)度，而且還要求具有低溫韌性。因此，開發(fā)和研究高強(qiáng)度船板鋼具有廣闊的市場(chǎng)前景[1-4]。為了提高船板鋼的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，本文通過(guò)采用控制軋制和控制冷卻的方式，控制船板鋼的生產(chǎn)過(guò)程，以獲得理想的組織和性能，從而實(shí)現(xiàn)船板鋼的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)[5-9]。

2 研究方法及工藝設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法

實(shí)驗(yàn)坯料選取DH36取自天鋼煉鋼廠，冶煉坯料時(shí)嚴(yán)格控制P、S含量及其它元素含量，保證實(shí)驗(yàn)坯料的化學(xué)成分嚴(yán)格符合國(guó)標(biāo)GB/712-2000，為準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)提供保證。見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用高強(qiáng)度船板鋼DH36的化學(xué)成分表 /wt%

將熱軋?jiān)囼?yàn)鋼板沿軋向和垂直軋向方向切取試樣。將實(shí)驗(yàn)得到的鋼板試樣用金相砂紙研磨，拋光后用2%硝酸酒精溶液侵蝕，在光學(xué)顯微鏡下，觀察其組織形貌。采用Ipp軟件進(jìn)行相比例分析和晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)測(cè)量。利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，用沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試沖擊性能。

2.2 控冷工藝設(shè)計(jì)

由于晶粒細(xì)化可以在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)又不降低韌性，采用高于空冷的速度進(jìn)行均勻冷卻控制。擬采用的軋制和冷卻工藝如表2所示。

表2 設(shè)定的軋制和冷卻工藝規(guī)程

3 結(jié)果與分析

3.1 冷卻速度對(duì)沖擊韌性的影響

圖1是不同的冷卻速度對(duì)般板鋼沖擊韌性的影響圖，從圖1中可以看出，軋后不同的冷卻速度對(duì)提高材料的強(qiáng)度有明顯的作用。對(duì)于成品厚度為38 mm的船板鋼來(lái)說(shuō)，冷卻速度為6.2℃/s的沖擊韌性值高于冷卻速度為6.7℃/s，而成品厚度為50 mm的鋼板，冷卻速度為7.4℃/s的沖擊韌性值高于冷卻速度為6.0℃/s。這是由于不同的厚度，對(duì)于冷卻速度具有不同的要求，不一樣的冷卻速度，獲得不一樣的室溫組織。因?yàn)槔鋮s速度越快，相變后的鐵素體晶粒越細(xì)小，所以提高了材料的沖擊韌性。

圖1 冷卻速度對(duì)沖擊韌性的影響（縱向取樣)

3.2 終軋溫度對(duì)船板鋼的沖擊韌性和力學(xué)性能的影響

控制終軋溫度是影響船板鋼組織的重要手段之一。在其它變形條件相同的情況下，隨著軋制溫度的升高變形后的奧氏體未再結(jié)晶和再結(jié)晶晶粒都會(huì)變大。終軋溫度對(duì)過(guò)冷奧氏體晶粒尺寸有明顯影響。圖2和圖3分別是終軋溫度對(duì)船板鋼的沖擊韌性和力學(xué)性能的影響，從圖2中可以看出，終軋溫度控制在885℃以下的船板鋼的沖擊韌性明顯高于終軋溫度在1 038℃以上的船板鋼的沖擊韌性。力學(xué)性能方面也體現(xiàn)了這一規(guī)律，終軋溫度高屬于再結(jié)晶區(qū)控軋，每軋一道次后馬上就完成再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大，所以相變后鐵素體相對(duì)粗大，從而導(dǎo)致沖擊韌性和拉伸力學(xué)性能較低。而終軋溫度低，屬于未再結(jié)晶或雙相區(qū)控軋，終軋后的奧氏體不發(fā)生再結(jié)晶，從而可以得到細(xì)小的室溫組織，最終獲得沖擊韌性和拉伸力學(xué)性能增較高的船板鋼。

圖2 終軋溫度對(duì)船板鋼DH36鋼板沖擊韌性的影響（-20℃縱向取樣)

圖3 終軋溫度對(duì)船板鋼DH36鋼板力學(xué)性能的影響

3.3 終冷溫度對(duì)沖擊韌性的影響

相變后生成物是跟終冷溫度相關(guān)的。大生產(chǎn)中多為快速水冷加空冷的冷卻工藝，由于鋼板表面溫度很難精準(zhǔn)測(cè)量，所以工藝?yán)渌賹?shí)際為平均冷速。相變時(shí)的終冷溫度和冷卻速度影響相變過(guò)程進(jìn)行的方式，最終決定鋼板內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而對(duì)材料的性能產(chǎn)生影響。圖4是終冷溫度對(duì)船板鋼低溫沖擊韌性的影響曲線圖，對(duì)比終冷溫度在680℃以下和終冷溫度在950℃以上的試樣，可以看出，終冷溫度在680℃以下的低溫沖擊韌性遠(yuǎn)高于終冷溫度在950℃以上的試樣的低溫沖擊韌性。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，可以確定DH36的合理的終冷溫度為650℃左右

圖4 終軋溫度對(duì)船板鋼DH36鋼板沖擊韌性的影響

4 結(jié)論

4.1 在生產(chǎn)線上進(jìn)行高強(qiáng)度船板鋼DH36鋼板的試制生產(chǎn)，結(jié)果表明，采用控軋控冷工藝試制的船板鋼符合船級(jí)社認(rèn)證的D級(jí)別船板鋼要求，可以實(shí)現(xiàn)很好的低溫韌性，為下一步工業(yè)生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

4.2 通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，可以得到目前生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)的最佳控冷參數(shù)是，成品厚度為38 mm的鋼板，冷卻速度達(dá)到6.5℃/s，成品厚度為50 mm的鋼板，冷卻速度達(dá)到7.0℃/s。

4.3 從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試軋件溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)分析，可以得到對(duì)應(yīng)不同成品規(guī)格厚度的終冷溫度，成品厚度為38 mm的鋼板，終冷溫度控制在660℃～680℃，成品厚度為50 mm的鋼板，終冷溫度控制在630℃～670℃。

4.4 通過(guò)成品取樣分析，結(jié)果表明，在最佳的終軋溫度和最佳的終冷溫度下，得到的鋼板低溫沖擊韌性不僅符合船級(jí)社要求，而且-40℃和-60℃的低溫韌性遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)。

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Study on Controlled Cooling Process of DH36 High Strength Ship Plate Steel

Tan Haipeng,Ren Xueping

The influence of different controlled cooling processes,i.e.,different cooling rates,final rolling temperatures and final cooling temperatures,on the impact toughness and mechanical properties of DH36 ship plate steel is analyzed.Hence,the optimal controlled cooling process is achieved:final cooling temperature for 38 mm plate is controlled at 660℃～680℃ and that for 50 mm plate,630℃～670℃,so that the low temperature impact toughness of ship plate steel can meet the requirement by the standard and ship’s classification society.

ship plate steel,controlled cooling,rolling,impact toughness,mechanical property

（收稿 2010－11－10 責(zé)編 崔建華)

譚海鵬，高級(jí)工程師，畢業(yè)于北京科技大學(xué)壓力加工專業(yè)，現(xiàn)在天津鋼鐵集團(tuán)有限公司中厚板廠任生產(chǎn)技術(shù)副廠長(zhǎng)。