低合金成本DH36船板試制和性能綜合評價

雷柯

（山鋼股份濟南分公司科技質(zhì)量部，山東濟南 250101）

生產(chǎn)技術(shù)

低合金成本DH36船板試制和性能綜合評價

雷柯

（山鋼股份濟南分公司科技質(zhì)量部，山東濟南 250101）

為降低成本，取消了晶粒細化元素V的加入，對造成的晶粒粗化通過優(yōu)化軋制工藝進行彌補，并對試制的DH36船板進行綜合性能評價。結(jié)果表明，鋼板組織為鐵素體和珠光體，晶粒度不低于8.5級；-40℃沖擊功＞80 J，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-20℃，軋制態(tài)綜合機械性能良好，滿足船板綜合評價要求；鋼板焊接接頭沖擊韌性略低于母材，符合船板綜合評價的要求，噸鋼降低成本25元。

DH36船板；低合金成本；力學(xué)性能；沖擊韌性

1 前言

船體結(jié)構(gòu)需要將船板焊接而成，而接頭的存在使得船體各部分的強韌性分布不均；同時焊接成型后的船體結(jié)構(gòu)會因在長度方向重力、浮力的不均勻，不同深度承受壓力不同及舾裝的影響，整體上的受力也不均衡。為了保證船體在復(fù)雜、交變載荷作用下的安全，建造船舶的原材料需要經(jīng)過全面的質(zhì)量評估。作為船體結(jié)構(gòu)建造用的原材料，在批量生產(chǎn)前需要對其各項性能進行全面的評價

在鋼鐵行業(yè)普遍盈利時期，鋼鐵企業(yè)為了保證船板的高質(zhì)量要求，采用比較保守的高成本的生產(chǎn)方法。以濟鋼39 mm正火軋制交貨的DH36船板為例，曾采用Al+Nb+V的細化晶粒組合方式合金化，取得船級社認可和生產(chǎn)船板。為了應(yīng)對市場變化，降低船板生產(chǎn)成本，包括合金成本，計劃采用Al+Nb的細化晶粒合金化方式，并進行了試制生產(chǎn)，同時按照船板認證全面評價的要求進行質(zhì)量檢測。

2 低成本DH36船板的試制

V在鋼中的作用是通過形成V（C，N）影響鋼的組織和性能，主要在奧氏體晶界的鐵素體中沉淀析出，在變形過程中能抑制奧氏體的再結(jié)晶并阻止晶粒長大，從而細化鐵素體晶粒、提高鋼的強度和韌性。取消合金元素V的加入將降低晶粒的細化能力，但可以通過降低鋼板的終軋溫度進行彌補。

與采用Al+Nb+V的生產(chǎn)工藝相比，由于取消了V-Fe合金的加入，將終軋溫度降低20℃至船級社許可的終軋溫度最低值，其他生產(chǎn)工藝相同。試制DH36船板（爐號02946）的化學(xué)成分見表1。

表1 試制DH36船板的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)）%

3 試制DH36船板的性能

3.1 船板認證的評價要求

考慮到船板主要通過焊接的方式使用，為了保證船舶的高安全系數(shù)，全面評價需要同時對軋制態(tài)和焊接態(tài)的性能進行檢測。

軋制態(tài)：化學(xué)成分、縱向和橫向拉伸，縱向和橫向系列沖擊、冷彎、消應(yīng)力拉伸、時效沖擊、落錘。

焊接態(tài)：焊接接頭的拉伸、冷彎、硬度試驗和沖擊韌性。

3.2 軋制態(tài)船板的性能檢測

1）拉伸性能。對試軋的厚度為39 mm的DH36船板取樣進行了橫向和縱向常規(guī)拉伸和消應(yīng)力拉伸試驗，試驗結(jié)果見表2。結(jié)果表明鋼板的強度和伸長率滿足船級社規(guī)范要求。

表2 試軋DH36船板強度和伸長率

2）系列沖擊性能。對試軋的厚度為39 mm的DH36船板進行橫向和縱向20℃、0℃、-20℃、-40℃和-60℃的V型夏比沖擊試驗，試驗結(jié)果表明，在-60℃時船板的沖擊性能＞40 J，沖擊韌性轉(zhuǎn)變溫度低于-20℃，滿足船級社規(guī)范要求；同時對試樣進行消應(yīng)力后的系列沖擊，-40℃沖擊功＞80 J，也滿足船級社的規(guī)范要求。系列沖擊試驗結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 軋制態(tài)系列沖擊試驗結(jié)果

3）鋼板的微觀組織。對船板取樣進行金相分析，鋼板金相組織為鐵素體+珠光體（見圖3），鋼板近表面、厚度1/4處和厚度中心的晶粒度分別為9.5級、9.0級和8.5級。

圖2 軋態(tài)消應(yīng)力后系列沖擊試驗結(jié)果

圖3 試軋的厚度為39 mm的DH36船板金相組織×100

4）其他性能。對鋼板按照ASTM E208進行無塑性轉(zhuǎn)變溫度檢測，按照標準中P2試樣要求進行制備和檢測。檢測結(jié)果表明，試樣在-30℃未破斷，滿足船級社規(guī)范的要求；對鋼板的內(nèi)部質(zhì)量按照ASTM A578進行檢測，結(jié)果滿足LEVEL C要求；同時對鋼板進行冷彎性能檢測，彎心直徑為試樣厚度的3倍，試驗結(jié)果合格。

3.3 焊態(tài)船板的性能檢測

為了評價試制的DH36船板焊接后的性能，采用單V型坡口進行埋弧焊，焊縫方向平行于鋼板的軋制方向，焊接熱輸入采用15 kJ/cm（Ⅰ）和50 kJ/cm（Ⅱ）兩種方式，試樣的焊縫結(jié)構(gòu)如圖4所示。同時按照上述焊接方法焊接第2組試樣，用于測試焊接消應(yīng)力后的力學(xué)性能。

圖4 試制的DH36船板焊縫結(jié)構(gòu)示意圖

1）拉伸試驗。對焊接后的鋼板取橫向拉伸試樣進行拉伸試驗，試樣斷裂位置在基體上；焊接后試樣的抗拉強度和軋態(tài)的抗拉強度接近，未出現(xiàn)明顯降低。試驗結(jié)果見表3。

表3 DH36鋼板對接接頭抗拉強度

2）沖擊試驗。對焊接后和焊接消應(yīng)力處理后的DH36鋼板進行-20℃沖擊試驗，沖擊試樣的缺口分別位于焊縫中心、熔合線、熔合線外2 mm、熔合線外5 mm和熔合線外20 mm，以檢測焊縫周邊鋼板的沖擊韌性。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)焊接消應(yīng)力后，在熔合線外2 mm和5 mm處鋼板的沖擊韌性下降比較明顯（見表4），沖擊功平均值最低值為41 J，檢測結(jié)果滿足船級社要求。

表4 DH36鋼板對接接頭沖擊試驗結(jié)果

3）硬度試驗。對DH36鋼板的焊縫、兩側(cè)熱影響區(qū)和兩側(cè)母材進行硬度測試，測試方式按照HV5進行。每個區(qū)域測量3個硬度值，計算平均值。硬度測試點分布見圖5。測試結(jié)果見圖6。

圖5 硬度試驗點位置示意圖

4 結(jié)語

圖6 焊縫各區(qū)域硬度值變化趨勢

對試制厚度為39 mm的DH36船板的組織性能檢測分析表明，鋼板的組織為鐵素體和珠光體，晶粒細小、均勻，晶粒度不低于8.5級。鋼板的強度富余量約為45 MPa，伸長率富裕量≥4%（絕對值），-40℃沖擊功和消應(yīng)力后沖擊功均＞80 J，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-20℃，軋制態(tài)綜合機械性能良好，滿足船板綜合評價要求。鋼板焊接接頭的抗拉強度達到530 MPa以上，沖擊韌性略低于母材，在距熔合線2 mm和5 mm出現(xiàn)了沖擊韌性的最低值，其中焊接線能量越大，沖擊韌性的降低越明顯；在焊縫和熱影響區(qū)，硬度值出現(xiàn)了上升，但焊接后鋼板的性能都滿足船板綜合評價要求。

取消約0.015%合金元素V的加入，可以節(jié)省合金成本約25元/t，其造成的晶粒粗化可以通過降低終軋溫度來進行彌補。按照上述工藝生產(chǎn)的船板經(jīng)過綜合評價滿足船板綜合評價的要求。此生產(chǎn)工藝獲得船級社認可后，已按此工藝生產(chǎn)、交付船板8 000 t，產(chǎn)品質(zhì)量符合船級社要求。

表740 Mn熱軋窄鋼帶外形尺寸控制及允許偏差

5 結(jié)語

萊鋼620 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線通過生產(chǎn)工藝和操作的優(yōu)化，成功開發(fā)了40Mn熱軋窄帶鋼，其力學(xué)性能、尺寸精度、板型質(zhì)量、表面質(zhì)量等控制良好，滿足了下游用戶再加工的需要，拓寬了產(chǎn)品品種，提高了窄帶鋼產(chǎn)品的市場競爭力。

表8 40Mn熱軋窄鋼帶厚度3點差及同條差mm

今后將進一步完善和穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，提高包裝質(zhì)量，改進工藝制度，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地滿足用戶的不同需求。

Abstract:In view of easy cracking of the billet,easy decarburization in heating process of the billet and other problems,the molten iron was pretreated for desulphurization.By appropriately reducing single furnace loading,adopting full protection casting,high temperature fast heating process,the quality of the billet and the properties after rolling were ensured.The product quality of 40Mn hot rolled narrow strip steel developed can conform to the Standard requirements.The finished product rate is 98.26%and the qualified rate is 99.91%. The strip delivery state hardness(HSB 10/3 000)is 187-195.The average depth of decarburized layer is 0.042 mm.The strip with high precision of shape size and good surface quality meet the Standard and the user’s requirements.

Key words:hot rolled narrow strip steel;40Mn steel;hardness;decarburization layer

Trial and Comprehensive Evaluation of the Property for Low Alloy Cost DH36 Grade Hull Structural Plate

LEI Ke
（The Science and Technology Quality Department of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

To reduce the cost,although the addition of grain refining element V was cancelled in the process of steel-making for DH36, and the performance of DH36 by adjusting the rolling parameter in the approved range can be ensured.The results of comprehensively evaluating and the properties of trial DH36 showed that the microstructure is the ferrite and pearlite,the ferrite grain size grade is no less than 8.5,the absorbed energy of impact test is no less than 80 J at-40℃,the FATT is lower than-20℃,the comprehensive mechanical properties in rolling condition are good and meet the requirements of society rule.The mechanical properties in welding are a few lower than those in rolling condition,but can meet the requirements of society rule too.And finally the cost of 25 Yuan RMB per ton of steel can be reduced.

DH36 grade hull structural plate;low of alloy cost;mechanical property;impact toughness

Development of 40Mn Hot Rolled Narrow Strip Steel

YU Yunxia
（Yinshan Section Steel Strip Plant of Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271126,China）

TF762+.3；TG142.41

A

1004-4620（2015）02-0011-03

2015-01-08

雷柯，男，1983年生，2005年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)金屬材料專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份濟南分公司科技質(zhì)量部工程師，從事產(chǎn)品質(zhì)量管理和新產(chǎn)品開發(fā)工作。