高強(qiáng)度船板DH36 生產(chǎn)工藝分析與應(yīng)用

孫路路

（南京鋼鐵股份有限公司板材事業(yè)部，江蘇 南京 210035）

船用鋼板主要用于制造船體結(jié)構(gòu)鋼，制造海洋、沿海和內(nèi)陸船舶的船體和甲板。在使用中，船用鋼板要承受海水的反復(fù)沖擊，而且在船體制造和裝配復(fù)雜，再過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。同時(shí)，在航行過(guò)程中，由于海水及天氣的影響，材料的溫度會(huì)升高[1]。提出了高韌性、高強(qiáng)度、高清潔度、易焊接、低成本的要求。隨著我國(guó)從造船大國(guó)向造船強(qiáng)國(guó)的發(fā)展，船舶正朝著大型化、輕量化的方向發(fā)展。世界上主要船級(jí)社有英國(guó)（LR）、挪威（DNV）、美國(guó)（ABS）、日本（NK）、法國(guó)（BV）、德國(guó)（GL）和中國(guó)（CCS）船級(jí)社等[2]。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，必須提高鋼液的質(zhì)量，包括純度、成分和含氣量。該廠具備步進(jìn)式加熱爐、雙機(jī)架軋機(jī)AGC 控制系統(tǒng)，超快速冷卻系統(tǒng)，矯直機(jī)。采用合理的生產(chǎn)軋制工藝，滿足船舶工業(yè)發(fā)展的需要。圖1 為某船圖

圖1 船圖

1 國(guó)內(nèi)外船板鋼的發(fā)展概況

日本和韓國(guó)在國(guó)際造船市場(chǎng)中有很高的份額。隨著市場(chǎng)需求的變化和對(duì)船用鋼板需求的不斷變化，采用了以Ni-Cr-Mo 系合金元素為主要元素的HY-80 鋼。通過(guò)調(diào)整化學(xué)成分、提高合金元素含量、優(yōu)化熱處理工藝，研制出低碳、低氫致裂紋、焊接性能好、用戶使用效果好的HSLA 系列鋼，但其產(chǎn)品強(qiáng)度變化不明顯。日本先后研制出調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼、馬氏體時(shí)效鋼、STX-12系列鋼，鋼的強(qiáng)度和使用壽命大大提高；俄羅斯研制了強(qiáng)度在390～1175MPa 之間的AB 系列船用鋼；法國(guó)新建的“凱旋”級(jí)核潛艇抗彎強(qiáng)度為980MPa。隨著研究開(kāi)發(fā)的深入，新的工藝和性能要求將會(huì)越來(lái)越高。近年來(lái)，日韓兩國(guó)對(duì)原油艙、壓載艙用耐蝕鋼的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了研究，并取得了突破性進(jìn)展，耐腐蝕船板鋼也是今后的發(fā)展方向[3]。

我國(guó)生產(chǎn)的低牌號(hào)船用鋼板正處于供過(guò)于求的狀態(tài)。優(yōu)質(zhì)船用鋼板在表面質(zhì)量、尺寸、焊接性、低溫韌性等方面與國(guó)外產(chǎn)品還有一定差距，造船企業(yè)對(duì)高強(qiáng)度船板鋼的要求也在不斷提高。為了滿足市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)必須提高生產(chǎn)工藝。近年來(lái)，雖然我國(guó)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的船用鋼板與往年相比有了很大提高，但生產(chǎn)工藝仍需進(jìn)一步提高。高檔船板鋼產(chǎn)品仍依賴進(jìn)口，特別是超厚船板鋼。未來(lái)船板用鋼主要是超寬、超厚、高耐蝕、超大能量輸入熱焊接和低疲勞裂紋擴(kuò)展率[4]。高強(qiáng)度船板鋼具有強(qiáng)度高、重量輕、載荷大、綜合性能優(yōu)良等特點(diǎn)。隨著造船工業(yè)用鋼量的逐年增加，給我國(guó)高強(qiáng)度船板鋼帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)。

2 技術(shù)要求與成分設(shè)計(jì)

根據(jù)GB/712-2011 的標(biāo)準(zhǔn)，DH36 的力學(xué)性能要求如表1。

表1 DH36 的力學(xué)性能要求

剛強(qiáng)度船板對(duì)低溫韌性和焊接性能要求較高。C 是重要的化學(xué)元素，其含量和分布形態(tài)對(duì)鋼的顯微組織和性能有很大的影響。C 是會(huì)促進(jìn)固溶強(qiáng)化，隨著C 含量的提高，鋼的強(qiáng)度隨之提高，但韌性會(huì)降低。所以要控制C 含量在合理的范圍。Mn 對(duì)鋼材的強(qiáng)度和韌性都有所提高，但是過(guò)高的Mn 會(huì)影響焊接性能，弱化鋼材的抗腐蝕能力。Si 在鋼材中也起到固溶強(qiáng)化的作用，但Si 含量過(guò)高，鋼材表面容易形成紅色氧化物，影響鋼材表面質(zhì)量[5]。硫經(jīng)常以硫化物的形式沿軋制方向分布，損壞組織的連續(xù)性，易造成熱脆現(xiàn)象，降低了鋼帶的延性和韌性，導(dǎo)致各向異性增大。磷對(duì)鋼的塑性有很大的影響。磷含量過(guò)高，易在晶界產(chǎn)生偏析，增加晶界脆性率；通過(guò)固溶強(qiáng)化，可以提高鋼的強(qiáng)度，但會(huì)降低鋼的溫度韌性，發(fā)生冷脆。因此，應(yīng)盡量降低鋼中的磷和硫含量。表2 為DH36 化學(xué)成分目標(biāo)。

表2 DH36 化學(xué)成分目標(biāo)（Wt/%）

3 生產(chǎn)工藝

轉(zhuǎn)爐冶煉：為了保證鋼液中硫的含量，必須對(duì)鐵水進(jìn)行除硫預(yù)處理，終點(diǎn)硫應(yīng)控制在0.005% 以下。鐵水脫硫后，必須清除鐵水表面的熔渣，防止硫回收。終點(diǎn)P 應(yīng)控制在0.015% 以下。出鋼時(shí)應(yīng)采用Al-Fe、Si-Mn、Mn-Fe和Nb-Fe進(jìn)行脫氧和合金化。LF 爐精煉：精煉包括脫硫、脫氧、去除夾雜物、微調(diào)成分和溫度。LF 精煉時(shí)應(yīng)盡早形成高堿度還原渣，充分吸收鋼中的夾雜物，降低鋼中的氧含量。在精煉后期，應(yīng)加入鈣線對(duì)非金屬夾雜物進(jìn)行改性。喂完線后軟吹進(jìn)行8 分鐘，以確保夾雜物完全上浮。在連鑄過(guò)程中，為防止鋼水二次氧化，采用了整體保護(hù)澆注。液位波動(dòng)控制在±5mm 以下。為保證板坯內(nèi)部質(zhì)量，采用二冷區(qū)電磁攪拌和動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)。控軋控冷：為使鋼材組織得到明顯改善，綜合力學(xué)性能得到提高，采用再結(jié)晶區(qū)和非再結(jié)晶區(qū)控制軋制溫度、變形和冷卻系統(tǒng)。在粗軋階段，保證鋼板在奧氏體再結(jié)晶區(qū)（t ≥950℃）的變形，對(duì)粗大的奧氏體晶粒進(jìn)行反復(fù)軋制和再結(jié)晶，使其充分細(xì)化；在精軋階段，鋼板在奧氏體再結(jié)晶區(qū)（t=950～745℃）變形，奧氏體晶粒沿軋制方向拉長(zhǎng)、壓扁，晶粒內(nèi)產(chǎn)生變形帶，硬化奧氏體能促進(jìn)鐵素體相的變形形核。粗軋開(kāi)軋溫度控制在1020～1050℃，精軋開(kāi)軋溫度控制在850-910℃，終軋溫度控制在770～840℃，返紅溫度控制在600～640℃。圖2 為生產(chǎn)工藝流程。圖3 為軋制生產(chǎn)線。

圖2 生產(chǎn)工藝流程圖

圖3 軋制生產(chǎn)線圖

4 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)生產(chǎn)檢測(cè)，試驗(yàn)鋼屈服強(qiáng)度385～457MPa，圖4為屈服強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度532～593MPa，圖5為抗拉強(qiáng)度；延伸率22%～28%，圖6為延伸性能；-20℃沖擊功為138～283J，圖7為低溫沖擊性能。

圖4 30mm 屈服強(qiáng)度分布

圖5 30mm 抗拉強(qiáng)度分布

圖6 30mm 試樣延伸率分布

圖7 30mm 試樣低溫沖擊功分布

5 結(jié)論

通過(guò)合理的化學(xué)成分，采用低碳合理的微合金元素，分析應(yīng)用煉鋼、連鑄、控軋控冷，剪切檢驗(yàn)等生產(chǎn)工序，使船板DH36的各項(xiàng)性能良好，達(dá)到GB/712-2011 的要求，完全滿足客戶需求，已經(jīng)批量供貨，使用效果良好。