JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝性能試驗方法研究

黃智焱， 沈鶴勝， 趙 弘， 劉 磊

(1. 上海江南長興重工有限責任公司， 上海 201913； 2.江南造船(集團)有限責任公司， 上海 201913)

JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝性能試驗方法研究

黃智焱1， 沈鶴勝2， 趙 弘1， 劉 磊1

(1. 上海江南長興重工有限責任公司， 上海 201913； 2.江南造船(集團)有限責任公司， 上海 201913)

通過對83 000 m3LPG船用JFE-LT-FH32低溫鋼首次實施的火工工藝性能試驗的介紹，以符合JFE-LT-FH32低溫鋼熱加工性能為前提，綜合國內(nèi)外相關(guān)研究成果，全面分析該鋼種的理化性能，并結(jié)合公司生產(chǎn)實際，優(yōu)選工藝參數(shù)、制定行之有效的試驗方案。通過一系列有規(guī)律、有關(guān)聯(lián)特征的力學性能試驗，化繁為簡，高效地驗證了所優(yōu)選的火工工藝參數(shù)可合理地應用于現(xiàn)場生產(chǎn)，該研究成果可指導該鋼種火工加工及矯正通用工藝的準確制定。

火工工藝性能試驗 工藝參數(shù) 試驗方案

1 前言

JFE-LT-FH32是日本JFE鋼鐵株式會社研制的船用低溫鋼。在我國JFE-LT-FH32是首次應用于LPG船體結(jié)構(gòu)中，在船體結(jié)構(gòu)建造過程中，“火工”是其中至關(guān)重要的一環(huán)。因此，盡快了解JFE-LT-FH32低溫鋼的熱加工性能,已成為目前急需解決的重要課題。

面對缺少JFE-LT-FH32低溫鋼熱加工性能相關(guān)技術(shù)資料的不利局面，為深入了解JFE-LT-FH32低溫鋼的熱加工性能，結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際需求及施工可操作性，對JFE-LT-FH32低溫鋼實施火工工藝性能試驗。通過試驗驗證所優(yōu)選的火工工藝參數(shù)應用于現(xiàn)場實際生產(chǎn)操作的可行性。

2 JFE-LT-FH32低溫鋼的特性

JFE-LT-FH32低溫鋼的主要化學成分如表1所示。JFE-LT-FH32低溫鋼的主要力學性能如表2所示。

3 JFE-LT-FH32低溫鋼熱加工性能的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，在國內(nèi)針對JFE-LT-FH32低溫鋼的熱加工性能研究尚未涉及。在國外，JFE鋼鐵株式會社僅僅對船用低溫鋼的熱加工特性進行了簡單歸納(見表3，以及對KL33低溫鋼的熱加工特性做了一些研究，但并未深入(見表4和表5))。由此可見，通過對JFE-LT-FH32低溫鋼實施火工工藝性能試驗，對于進一步研究其熱加工性能具有重要意義。

4 JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝參數(shù)(試驗)制定

通過研究JFE鋼鐵株式會社提供的資料，從火工工藝角度進行分析，其所進行的試驗不夠全面，主要存在以下不足。

(1) 試驗所采用的加熱區(qū)形狀單一，只有線狀加熱。

(2) 未明確具體的水冷條件，對水冷起始溫度和水火距沒有可操作標準。

(3) 加熱次數(shù)≤2次，而未驗證采用推薦重復加熱次數(shù)“3次”時，其力學性能的優(yōu)劣，故試驗所得出的結(jié)論無法完全體現(xiàn)出船用低溫鋼的熱加工特性，只能作為參考。

如何優(yōu)選JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝參數(shù)，需考慮以下幾點。

(1) 低溫鋼船體結(jié)構(gòu)特點；

(2) 在常規(guī)變形情況下，采用相對合理的加工與矯正的特點；

(3) 在復雜變形時采用特別的加熱方法對材質(zhì)的影響。

不僅如此，在最終制定火工工藝參數(shù)(試驗)時，還需從以下幾個方面進行綜合分析。

(1) 加熱溫度的選擇；

(2) 加熱區(qū)形狀的確定，加熱區(qū)形狀主要包括線狀、點狀和楔形；

(3) 冷卻方法的確定；

(4) 同一位置重復加熱次數(shù)的確定。

綜上所述，并參考JFE鋼鐵株式會社提供的相關(guān)資料，以符合JFE-LT-FH32低溫鋼熱加工性能為前提，經(jīng)總結(jié)分析制定了以下JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝性能試驗的工藝參數(shù)(見表6、表7)。

在制定線狀加熱工藝參數(shù)時，考慮到鋼的相變起始溫度727℃是鋼熱加工時的敏感溫度。同時，考慮到現(xiàn)場采用線狀火工矯正時，其加熱溫度常達到750℃。故制定了750℃的加熱溫度，并驗證在該溫度下JFE-LT-FH32低溫鋼力學性能的優(yōu)劣。

相較于JFE鋼鐵株式會社所做的試驗，此次優(yōu)選的工藝參數(shù)更加全面。主要為以下幾方面。

(1) 加熱溫度和加熱次數(shù)的確定具有現(xiàn)場生產(chǎn)操作特點；

(2) 加熱區(qū)形狀更具代表性，涵蓋線狀、點狀和楔形三種加熱區(qū)形狀，可滿足現(xiàn)場施工需求；

(3) 冷卻方式更明確，可便于現(xiàn)場操作。

5 制定具體試驗方案

5.1 試驗用儀器設備

(1) 火工工具采用焊炬(矯正距)，加熱嘴的口徑尺寸為1.5 mm～3 mm。

(2) 火焰燃氣采用氧—丙烷混合氣體(中性焰)。

(3) 一臺可測最高溫度為1 100℃和兩臺可測最高溫度為900℃的紅外線測溫儀，以及測量不同溫度的測溫筆。

(4) 冷卻用水采用自來水，水流量一般為50～70 ml/s。

5.2 JFE-LT-FH32低溫鋼火工試板制備

(1) JFE-LT-FH32低溫鋼火工試板采用14 mm、10 mm兩種板厚，并預留與兩種厚度試板的母材各一塊，用于力學性能試驗分析比對。

(2) JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝性能試驗中所采用的同一厚度試板均從同一塊厚度的鋼板上切割，所有試板的切割長邊方向均為鋼板的軋制方向。

(3) 試板允許采用熱切割方法截取。

5.3 水火矯正試驗

(1) 試板擱置。在試板與火工平臺之間加墊小鐵塊，使試板與火工平臺不直接接觸。

(2) 按照JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝參數(shù)對試板進行編號，每組火工工藝參數(shù)都有兩塊相同規(guī)格的試板提供比對試驗。

(3) 根據(jù)不同加熱區(qū)形狀，明確線狀加熱寬度、點狀和楔形的大小和排列方式。在試板上勘劃加熱線及標記線。由于在現(xiàn)場對T排、角鋼等型鋼變形以及板架結(jié)構(gòu)的板面及板邊不規(guī)則變形矯正時，常常采用點狀加熱方法，另外，T排和角鋼的腹板相對而言較窄，故點狀加熱采用兩種不同標記劃線形式(圓點之間間距不同)，如圖1～圖4所示。

(4) 統(tǒng)一加熱軌跡，圖5為線狀加熱軌跡；圖6為點狀加熱軌跡；圖7為楔形加熱軌跡。

5.4 溫度測量與記錄

采用一把最高溫度可測到1 100℃和兩把最高溫度可測到900℃的紅外測溫儀，用這三把測溫儀同時測量同一點(從常溫到高溫)檢驗測溫儀精度，并使用測溫筆配合測溫。

為方便收集不同火工工藝參數(shù)下的實際加熱溫度和水冷溫度等數(shù)據(jù)，根據(jù)所確定的工藝參數(shù)以及試板標記劃線形式，設計編制溫度記錄表格，如表8所示。

5.5 現(xiàn)場火工試驗實施

在獲得火工試板后，按照JFE-LT-FH32鋼板火工工藝試驗方案，進行現(xiàn)場火工工藝性能試驗，實施步驟如下：

(1) 對火工試板根據(jù)火工工藝參數(shù)進行編號，并勘畫出指導現(xiàn)場火工操作的參考標記；

(2) 調(diào)節(jié)氧-丙烷氣源，加熱火焰為中性焰；

(3) 先在廢棄板試燒，檢測3把測溫儀的精度及適應加熱區(qū)火色的區(qū)別；

(4) 將調(diào)節(jié)好的火焰移至試板，控制好焰芯尖與鋼板的距離；

(5) 線狀加熱先燒約50 mm長度再檢測溫度(點狀加熱則直接檢測溫度)，確定所需溫度后根據(jù)火色延續(xù)燒；

(6) 根據(jù)試板的劃線提示，3把紅外線測溫儀針對所需測量部位及時進行檢測并作好記錄，同時測溫筆配合檢測；

(7) 根據(jù)試板的劃線提示,把水火距控制在范圍內(nèi)，測出加熱部位澆水前一刻溫度并做好記錄；

(8) 整個加熱過程最高加熱溫度控制在設定溫度±50℃以內(nèi)；

(9) 整個加熱過程水火距控制在設定距離±50 mm以內(nèi)；

(10) 加熱區(qū)重復加熱需在試板低于80℃后進行；

(11) 整理數(shù)據(jù)。

5.6 具體試驗項目

依據(jù)已制定的JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝參數(shù)和具體試驗方案。以不同加熱方式進行分類，嚴格按照試驗方案的相關(guān)規(guī)定，完成了所有預定項目的試驗，如表9～表11所示。

6 力學性能試驗結(jié)果分析

在整個現(xiàn)場試驗過程中，嚴格按照試驗方案規(guī)范化操作，完成了對JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝性能試驗過程的溫度記錄，并讓試板通過了一系列有規(guī)律、有關(guān)聯(lián)特征的力學性能試驗。以此驗證所制定的火工工藝參數(shù)的可行性。在進行該力學性能試驗時，發(fā)現(xiàn)試樣的彎曲性能非常穩(wěn)定。故對試驗項目進行了精簡，減少了彎曲試驗項目。

6.1 線狀加熱力學性能結(jié)果分析

圍繞線狀加熱方法所制定的幾組工藝參數(shù)，按指定的試驗項目進行試驗，其力學性能結(jié)果如表12所示。通過對試驗的力學性能結(jié)果進行分析，其各項力學性能均符合JFE-LT-FH32低溫鋼力學性能指標。

6.2 點狀加熱力學性能結(jié)果分析

圍繞點狀加熱方法所制定的幾組工藝參數(shù)，按指定的試驗項目進行試驗，其力學性能結(jié)果如表13所示。其各項力學性能均符合JFE-LT-FH32低溫鋼力學性能指標。

6.3 楔形加熱力學性能結(jié)果分析

圍繞楔形加熱方法所制定的幾組工藝參數(shù)，按指定的試驗項目進行試驗，其力學性能結(jié)果如表14所示。楔形加熱的力學性能試驗與6.2 點狀加熱的試驗方法一致。其各項力學性能均符合JFE-LT-FH32低溫鋼力學性能指標。

7 結(jié)論

JFE-LT-FH32火工加工及矯正可采用的工藝參數(shù)及注意事項：

(1) 采用中性焰作為熱源對JFE-LT-FH32低溫鋼鋼材進行局部加熱，加熱表面溫度控制在900℃以下；

(2) 加熱方法可采用線狀加熱、點狀加熱和楔形加熱；

(3) 對于加熱區(qū)的水冷條件，其水冷起始溫度需控制在550℃以下；

(4) 選擇水火距的大小要與加熱溫度及板厚相配合，若加熱溫度提高、板厚增加，則水火距相應增大，反之則減小，水火距一般>120 mm；

(5) 同一加熱區(qū)可重復加熱三次。

8 創(chuàng)新性

本次JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝性能試驗方法研究達到以下預期目的：

(1) 在國內(nèi),首次針對JFE-LT-FH32低溫鋼進行火工工藝性能系統(tǒng)的試驗，彌補了我國在該方面的技術(shù)空白；

(2) 首次通過試驗，驗證了JFE-LT-FH32低溫鋼可在同一位置重復加熱三次；

(3) 首次系統(tǒng)檢驗了該鋼種局部加熱至750℃或900℃，空冷或水冷后的力學性能；

(4) 試驗涵蓋了所有火工典型加熱區(qū)形式，即線狀、點狀和楔形；

(5) 試驗所確定的火工工藝參數(shù)具有現(xiàn)場施工作業(yè)指導性；

(6) 選用的加熱及水冷方法具有實用性強、易操作的特點，確保了質(zhì)量的穩(wěn)定。

[1] 日本造船質(zhì)量標準(JSQS).日本鋼船工作法精度標準[S].2004.

[2] 中華人民共和國船舶行業(yè)標準.艦船用鋼火工工藝試驗方法[S].2004.

[3] JFE Steel Corporation. Welding Joint Property and Line Heating Property of Steel Plates for Low Temperature Service for LPG Carrier[R].2012.

[4] JFE Steel Corporation. Higher Strength Steel Plates for LPG Carrier[R].2003.

Research on Test Method of Flame Processing Property of JFE-LT-FE32 Low Temperature Steel

HUANG Zhi-yan1, SHEN He-sheng2, ZHAO Hong1, LIU Lei1

(1.Shanghai Jiangnan Changxing Heavy Industry Co., Ltd., Shanghai 201913, China; 2. Jiangnan Shipyard(GROUP) Co., Ltd., Shanghai 201913, China)

The first test result of flame processing property of JFE-LT-FE32 low temperature steel, which is applied in 83 000 m3LPG ship, is introduced in this article. Taking the flame processing property of the steel as a precondition, synthesizing the scientific achievements at home and abroad, fully analyzing the physical and chemical performance, combining with actual production conditions of the company, the process parameters are optimized, and the efficient testing program is made up. Through a series of mechanical property tests which are regular and in connection with characteristics, the rationality of optimized flame processing parameters in practical application is efficiently verified. The results can provide a reference for the process formulation of flame processing and flame distortion correction of the steel.

Flame processing property test Processing parameters Testing program

黃智焱(1983-)，男，工程師。

U671

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