黃智焱， 沈鶴勝， 趙 弘， 劉 磊

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

JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝性能試驗(yàn)方法研究

黃智焱1， 沈鶴勝2， 趙 弘1， 劉 磊1

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

通過(guò)對(duì)83 000 m3LPG船用JFE-LT-FH32低溫鋼首次實(shí)施的火工工藝性能試驗(yàn)的介紹，以符合JFE-LT-FH32低溫鋼熱加工性能為前提，綜合國(guó)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(shí)際，優(yōu)選工藝參數(shù)、制定行之有效的試驗(yàn)方案。通過(guò)一系列有規(guī)律、有關(guān)聯(lián)特征的力學(xué)性能試驗(yàn)，化繁為簡(jiǎn)，高效地驗(yàn)證了所優(yōu)選的火工工藝參數(shù)可合理地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，該研究成果可指導(dǎo)該鋼種火工加工及矯正通用工藝的準(zhǔn)確制定。

火工工藝性能試驗(yàn) 工藝參數(shù) 試驗(yàn)方案

1 前言

JFE-LT-FH32是日本JFE鋼鐵株式會(huì)社研制的船用低溫鋼。在我國(guó)JFE-LT-FH32是首次應(yīng)用于LPG船體結(jié)構(gòu)中，在船體結(jié)構(gòu)建造過(guò)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(duì)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(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際需求及施工可操作性，對(duì)JFE-LT-FH32低溫鋼實(shí)施火工工藝性能試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證所優(yōu)選的火工工藝參數(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(xué)成分如表1所示。JFE-LT-FH32低溫鋼的主要力學(xué)性能如表2所示。

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

目前，在國(guó)內(nèi)針對(duì)JFE-LT-FH32低溫鋼的熱加工性能研究尚未涉及。在國(guó)外，JFE鋼鐵株式會(huì)社僅僅對(duì)船用低溫鋼的熱加工特性進(jìn)行了簡(jiǎn)單歸納(見(jiàn)表3，以及對(duì)KL33低溫鋼的熱加工特性做了一些研究，但并未深入(見(jiàn)表4和表5))。由此可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)JFE-LT-FH32低溫鋼實(shí)施火工工藝性能試驗(yàn)，對(duì)于進(jìn)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(yàn))制定

通過(guò)研究JFE鋼鐵株式會(huì)社提供的資料，從火工工藝角度進(jìn)行分析，其所進(jìn)行的試驗(yàn)不夠全面，主要存在以下不足。

(1) 試驗(yàn)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(duì)水冷起始溫度和水火距沒(méi)有可操作標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 加熱次數(shù)≤2次，而未驗(yàn)證采用推薦重復(fù)加熱次數(shù)“3次”時(shí)，其力學(xué)性能的優(yōu)劣，故試驗(yàn)所得出的結(jié)論無(wú)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(diǎn)。

(1) 低溫鋼船體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；

(2) 在常規(guī)變形情況下，采用相對(duì)合理的加工與矯正的特點(diǎn)；

(3) 在復(fù)雜變形時(shí)采用特別的加熱方法對(duì)材質(zhì)的影響。

不僅如此，在最終制定火工工藝參數(shù)(試驗(yàn))時(shí)，還需從以下幾個(gè)方面進(jìn)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(diǎn)狀和楔形；

(3) 冷卻方法的確定；

(4) 同一位置重復(fù)加熱次數(shù)的確定。

綜上所述，并參考JFE鋼鐵株式會(huì)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(yàn)的工藝參數(shù)(見(jiàn)表6、表7)。

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

相較于JFE鋼鐵株式會(huì)社所做的試驗(yàn)，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(chǎng)生產(chǎn)操作特點(diǎn)；

(2) 加熱區(qū)形狀更具代表性，涵蓋線狀、點(diǎn)狀和楔形三種加熱區(qū)形狀，可滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需求；

(3) 冷卻方式更明確，可便于現(xiàn)場(chǎng)操作。

5 制定具體試驗(yàn)方案

5.1 試驗(yàn)用儀器設(shè)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?xì)獠捎醚酢榛旌蠚怏w(中性焰)。

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

(4) 冷卻用水采用自來(lái)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(yù)留與兩種厚度試板的母材各一塊，用于力學(xué)性能試驗(yàn)分析比對(duì)。

(2) JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝性能試驗(yàn)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(zhǎng)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(yàn)

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

(2) 按照J(rèn)FE-LT-FH32低溫鋼火工工藝參數(shù)對(duì)試板進(jìn)行編號(hào)，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(duì)試驗(yàn)。

(3) 根據(jù)不同加熱區(qū)形狀，明確線狀加熱寬度、點(diǎn)狀和楔形的大小和排列方式。在試板上勘劃加熱線及標(biāo)記線。由于在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)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(shí)，常常采用點(diǎn)狀加熱方法，另外，T排和角鋼的腹板相對(duì)而言較窄，故點(diǎn)狀加熱采用兩種不同標(biāo)記劃線形式(圓點(diǎn)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(diǎn)狀加熱軌跡；圖7為楔形加熱軌跡。

5.4 溫度測(cè)量與記錄

采用一把最高溫度可測(cè)到1 100℃和兩把最高溫度可測(cè)到900℃的紅外測(cè)溫儀，用這三把測(cè)溫儀同時(shí)測(cè)量同一點(diǎn)(從常溫到高溫)檢驗(yàn)測(cè)溫儀精度，并使用測(cè)溫筆配合測(cè)溫。

為方便收集不同火工工藝參數(shù)下的實(shí)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(biāo)記劃線形式，設(shè)計(jì)編制溫度記錄表格，如表8所示。

5.5 現(xiàn)場(chǎng)火工試驗(yàn)實(shí)施

在獲得火工試板后，按照J(rèn)FE-LT-FH32鋼板火工工藝試驗(yàn)方案，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)火工工藝性能試驗(yàn)，實(shí)施步驟如下：

(1) 對(duì)火工試板根據(jù)火工工藝參數(shù)進(jìn)行編號(hào)，并勘畫(huà)出指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)火工操作的參考標(biāo)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(cè)3把測(cè)溫儀的精度及適應(yīng)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(zhǎng)度再檢測(cè)溫度(點(diǎn)狀加熱則直接檢測(cè)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(cè)溫儀針對(duì)所需測(cè)量部位及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)并作好記錄，同時(shí)測(cè)溫筆配合檢測(cè)；

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

(8) 整個(gè)加熱過(guò)程最高加熱溫度控制在設(shè)定溫度±50℃以?xún)?nèi)；

(9) 整個(gè)加熱過(guò)程水火距控制在設(shè)定距離±50 mm以?xún)?nèi)；

(10) 加熱區(qū)重復(fù)加熱需在試板低于80℃后進(jìn)行；

(11) 整理數(shù)據(jù)。

5.6 具體試驗(yàn)項(xiàng)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(yàn)方案。以不同加熱方式進(jìn)行分類(lèi)，嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案的相關(guān)規(guī)定，完成了所有預(yù)定項(xiàng)目的試驗(yàn)，如表9～表11所示。

6 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果分析

在整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案規(guī)范化操作，完成了對(duì)JFE-LT-FH32低溫鋼火工工藝性能試驗(yàn)過(guò)程的溫度記錄，并讓試板通過(guò)了一系列有規(guī)律、有關(guān)聯(lián)特征的力學(xué)性能試驗(yàn)。以此驗(yàn)證所制定的火工工藝參數(shù)的可行性。在進(jìn)行該力學(xué)性能試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)試樣的彎曲性能非常穩(wěn)定。故對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了精簡(jiǎn)，減少了彎曲試驗(yàn)項(xiàng)目。

6.1 線狀加熱力學(xué)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(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，其力學(xué)性能結(jié)果如表12所示。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)的力學(xué)性能結(jié)果進(jìn)行分析，其各項(xiàng)力學(xué)性能均符合JFE-LT-FH32低溫鋼力學(xué)性能指標(biāo)。

6.2 點(diǎn)狀加熱力學(xué)性能結(jié)果分析

圍繞點(diǎn)狀加熱方法所制定的幾組工藝參數(shù)，按指定的試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，其力學(xué)性能結(jié)果如表13所示。其各項(xiàng)力學(xué)性能均符合JFE-LT-FH32低溫鋼力學(xué)性能指標(biāo)。

6.3 楔形加熱力學(xué)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(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，其力學(xué)性能結(jié)果如表14所示。楔形加熱的力學(xué)性能試驗(yàn)與6.2 點(diǎn)狀加熱的試驗(yàn)方法一致。其各項(xiàng)力學(xué)性能均符合JFE-LT-FH32低溫鋼力學(xué)性能指標(biāo)。

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(xiàng)：

(1) 采用中性焰作為熱源對(duì)JFE-LT-FH32低溫鋼鋼材進(jìn)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(diǎn)狀加熱和楔形加熱；

(3) 對(duì)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(yīng)增大，反之則減小，水火距一般>120 mm；

(5) 同一加熱區(qū)可重復(fù)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(yàn)方法研究達(dá)到以下預(yù)期目的：

(1) 在國(guó)內(nèi),首次針對(duì)JFE-LT-FH32低溫鋼進(jìn)行火工工藝性能系統(tǒng)的試驗(yàn)，彌補(bǔ)了我國(guó)在該方面的技術(shù)空白；

(2) 首次通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證了JFE-LT-FH32低溫鋼可在同一位置重復(fù)加熱三次；

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

(4) 試驗(yàn)涵蓋了所有火工典型加熱區(qū)形式，即線狀、點(diǎn)狀和楔形；

(5) 試驗(yàn)所確定的火工工藝參數(shù)具有現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)指導(dǎo)性；

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

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

[2] 中華人民共和國(guó)船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).艦船用鋼火工工藝試驗(yàn)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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