本鋼船板用鋼低溫沖擊功的主要影響因素

張楠 王旭生

(本鋼板材股份有限公司,遼寧本溪 117000)

本鋼船板用鋼低溫沖擊功的主要影響因素

張楠 王旭生

(本鋼板材股份有限公司,遼寧本溪 117000)

本鋼現(xiàn)今已經(jīng)成批生產(chǎn)船板用鋼,雖然各方面的性能都可以達到要求,但是沖擊性能差異很大,存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象。通過低溫沖擊對比,從非金屬夾雜物以及中心偏析角度分析了本鋼船板用鋼低溫沖擊功的影響因素。

船板鋼 沖擊功 非金屬夾雜

船用鋼板指按船級社建造規(guī)范要求生產(chǎn)的用于制造船體結(jié)構(gòu)的熱軋鋼板材,主要用于制造遠洋、沿海和內(nèi)河航運船舶船體和甲板等。由于船用鋼板事關(guān)船運安全,世界各國對造船用鋼都有嚴格要求,造船用鋼必須經(jīng)過有關(guān)的船級社的工廠認可,才能生產(chǎn)和使用,而船級社的工廠認可對船用鋼板的強度、焊接性能特別是沖擊性能要求非常嚴格,經(jīng)過船級社工廠認可的鋼板,其性能指標遠遠超過船用鋼板的標準要求。本鋼A、B級船板鋼在1700生產(chǎn)線上已通過了中國船級社的工廠認可,但生產(chǎn)的最大厚度為12毫米,而一般20mm厚以上的船板鋼需要在中板軋機上生產(chǎn),本鋼在2300生產(chǎn)線開發(fā)生產(chǎn)的24mm厚、2000mm寬的CCSB卷板是對生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備極限的挑戰(zhàn)。本鋼為了充分發(fā)揮2300機組的工藝和設(shè)備優(yōu)勢,擴大產(chǎn)品范圍,滿足市場要求,通過化學成分和生產(chǎn)工藝的合理設(shè)計,經(jīng)過大生產(chǎn)中的多次試驗摸索和試制工藝的不斷完善,在2300生產(chǎn)線上成功的開發(fā)生產(chǎn)了24mm厚、2000mm寬B級船板鋼CCSB,保證了厚規(guī)格鋼板的低溫沖擊韌性,并通過了中國船級社的工廠認可。

1 船板用鋼工藝要求和工藝路線

1.1 工藝要求

B級船板鋼的化學成分要求C≤0.21%、Si≤0.35%、Mn≥0.60%、P≤0.030%、S≤0.025%、Ti≤0.025%。力學性能要求上屈服強度≥235MPa、抗拉強度400 MPa～520MPa、斷后延伸率A≥22%,0℃夏比V型缺口沖擊功≥27J(縱向試樣≥27J,橫向試樣≥20J)、120°彎曲試驗不允許出現(xiàn)裂紋。

雖然B級船板鋼標準要求較為寬泛,但實物要求船板用鋼具有較好的低溫沖擊韌性和較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度,因此不但要求滿足0℃沖擊性能,還要求做室溫到-40℃的系列沖擊性能。

1.2 工藝路線

鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→連鑄→加熱→2300軋制→層冷→卷取→檢驗→包裝出廠

2 船板用鋼工藝設(shè)計

2.1 化學成分設(shè)計

根據(jù)本鋼的實際生產(chǎn)情況和所軋制的產(chǎn)品規(guī)格,在化學成分設(shè)計上采用C-Si-Mn系,加入微量合金元素Ti,為了保證產(chǎn)品的綜合性能,轉(zhuǎn)爐控制的重點是盡可能降低終點P、S含量,保證N含量不大于0.0050%,合理控制C含量和Mn含量。

微Ti處理主要考慮了Ti的固氮作用和細晶強化作用,提高沖擊性能,尤其提高時效沖擊性能[1]。

2.2 軋制工藝設(shè)計

為了獲得細小的奧氏體晶粒,在保證加熱質(zhì)量的基礎(chǔ)上,采用較低的加熱溫度;在軋制工藝的粗軋階段為細化奧氏體晶粒適當控制軋制溫度和采取較大的壓下率保證鑄態(tài)奧氏體完全再結(jié)晶,在精軋階段控制軋制的重點在于終軋溫度的控制,終軋溫度越低,變形量越大越利于改善鋼板的韌性[2]。這是因為降低終軋溫度可以增加奧氏體晶粒內(nèi)部的形變帶的密度,提高相變時的形核率,細化相變后鐵素體的晶粒,以達到改善低溫韌性的目的,降低終軋溫度還可以促使鈦的化合物在奧氏體內(nèi)彌散析出,阻止奧氏體晶粒的長大,使形變奧氏體在相變時轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉南嘧儺a(chǎn)物,對晶粒細化有一定的作用。為了使軋后組織迅速轉(zhuǎn)變,防止轉(zhuǎn)變組織鐵素體晶粒長大和組織粗化,控冷采用了前段冷卻。

精軋完畢后立即冷卻,冷速設(shè)定10-20℃·s-1,卷取溫度設(shè)定600℃,使得鋼板組織為較細的鐵素體+珠光體。

3 沖擊波動分析

3.1 鋼卷沖擊波動結(jié)果

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)不同的鋼卷0℃沖擊功有較大差異,為了更加明顯的看出不同鋼卷沖擊功的差異,選取差異較大的鋼卷,取橫向沖擊試驗進行-20℃沖擊試驗。結(jié)果表明,1號橫向-20℃沖擊值明顯高出2號很多,這嚴重影響著本鋼船體結(jié)構(gòu)用鋼性能的穩(wěn)定性,針對這種情況,進行了詳細的對比分析。

從生產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢,未見兩個鋼卷工藝異常。分析認為沖擊功值對材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷、顯微組織的變化很敏感,如夾雜物、偏析等都會使船板用鋼沖擊功值明顯降低。

3.2 低倍組織和金相檢驗結(jié)果

先后對沖擊功差異較大的鋼卷進行低倍組織和金相檢驗,發(fā)現(xiàn)鑄坯的中心偏析不同,沖擊功高的鋼卷留存的鑄坯中心偏析C1.0級,沖擊功低的為C1.5級;金相顯微組織均為鐵素體+珠光體,晶粒度為10級～11級,帶狀組織級別一樣,非金屬夾雜物A類夾雜物存在差異,沖擊功高的硫化物夾雜相對細小沖擊功低的硫化物夾雜達2.0級以上。

3.3 分析

通過對比分析,可查詢生產(chǎn)數(shù)據(jù)化學成分、熱軋溫度等無法與沖擊功高低想對應,整體生產(chǎn)工藝相差不大。

本鋼生產(chǎn)的船體結(jié)構(gòu)用鋼的沖擊功不穩(wěn)定現(xiàn)象主要由中心偏析和非金屬夾雜物的差異引起,尤其嚴重影響著低溫沖擊功。

控制鑄坯中心偏析,今后的生產(chǎn)中需要嚴格控制鑄坯內(nèi)部質(zhì)量,采用較低的過熱度,控制鑄坯的鼓肚量,適量采用較低的拉速,優(yōu)化二次冷卻技術(shù),采用電磁攪拌技術(shù)和輕壓下技術(shù)[3]。

控制非金屬夾雜物,尤其是硫化物夾雜(A類非金屬夾雜物),嚴格控制硫含量＜0.008%,加強純凈鋼冶煉的穩(wěn)定性,進行Ca處理,使硫化物變形成球狀,澆鑄時需要穩(wěn)定的保護措施。

4 結(jié)語

(1)本鋼生產(chǎn)的船體結(jié)構(gòu)用鋼性能滿足標準要求,但沖擊功存在不穩(wěn)定現(xiàn)象,尤其嚴重影響著低溫沖擊功。(2)中心偏析和非金屬夾雜物的不穩(wěn)定造成了本鋼船體結(jié)構(gòu)用鋼的沖擊功不穩(wěn)定現(xiàn)象。(3)可以通過煉鋼工序的嚴格控制進行改善并穩(wěn)定中心偏析和非金屬夾雜物,從而實現(xiàn)穩(wěn)定的性能。

[1]彭海紅,李國寶,邢相勤,等.淺析20g時效沖擊韌性偏低原因[J].山東冶金,2006(28)：17-18.

[2]侯建國,安旭文,吳春秋,等.鋼材沖擊韌性和應變時效敏感性問題的探討[J].西北水電,2001(2)：35- 41.

[3]鄒冰梅.中心偏析與中心疏松的形成與預防[J].鋼鐵技術(shù),2005(2)：1-3.