中國船級社 趙 捷

經(jīng)過多年的努力，我國造船完工量、訂單量已數(shù)次與韓國交替位于世界第一，已成為名副其實的世界造船大國。同時，中國已擁有世界上最好的鋼鐵生產(chǎn)線，鋼產(chǎn)量雄踞世界第一多年，船用鋼產(chǎn)量也位居世界第一。然而，盡管船用鋼材的國產(chǎn)配套率已超過90%，但由于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、均勻性、可靠性及配套性等與國外先進水平仍有一定差距，少數(shù)技術(shù)要求高、高附加值的船用鋼仍需要進口，如TMCP高強度船用鋼，因此，開發(fā)中國自己的高品質(zhì)船用鋼迫在眉睫。

TMCP高強度船用鋼的工藝特點

TMCP交貨狀態(tài)（Thermo Mechanical Controlled Processing-溫度形變控制軋制）是近二十幾年發(fā)展起來的先進工藝，在我國鋼鐵行業(yè)得到應(yīng)用也就是十年左右的時間。TMCP的基本冶金學(xué)原理是在再結(jié)晶溫度以下進行大壓下量軋制變形，利用微合金元素控制奧氏體晶粒長大，通過軋后加速冷卻，對奧氏體相變過程進行控制，獲得晶粒細(xì)小的組織，從而獲得優(yōu)良的性能。與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，它具有生產(chǎn)成本低、能源消耗低，合金需求量經(jīng)濟、微觀組織細(xì)化、沖擊韌性高、表面質(zhì)量好、碳當(dāng)量低，焊接性能好、在船舶建造時可以實現(xiàn)焊前不預(yù)熱、焊后不熱處理等優(yōu)點。

首先，充分發(fā)揮TMCP工藝的優(yōu)點，就需要與傳統(tǒng)工藝不同的成分設(shè)計。

一是利用鐵水預(yù)脫硫技術(shù)、精煉技術(shù)（LF/RH/VD）等盡可能降低有害元素P、S、N、[H]和[O]含量，使鋼水具有較高的純凈度。S含量0.010%以下（可達到0.005%），[H]3ppm以下，使鋼水具有高的純凈度，也可降低夾雜物的含量；

二是降低碳含量，小于0.1%，這與傳統(tǒng)的船用鋼含碳量接近0.2%的有較大差別。碳含量的降低，將提高鋼的沖擊韌性；

三是適當(dāng)提高錳含量，采用中等的錳含量；

四是添加細(xì)化晶粒元素Al、Nb、V、Ti等，提高鋼的沖擊韌性。添加提高淬透性元素Mo、Cr、Cu 等，使貝氏體區(qū)擴大，因而在較寬的冷速范圍內(nèi)能夠得到貝氏體組織，提高鋼的強度和韌性。

為達到提高鋼的強度、韌性、提高再結(jié)晶溫度及氮化物的析出強化等目的，添加Al、Nb、V、Ti、Ni等微合金元素。

五是通過對合金元素的控制實現(xiàn)低的碳當(dāng)量（Ceq），從而降低焊接裂紋敏感性（Pcm）保證良好的焊接性能。

其次，從TMCP高強度船用鋼工藝特點來看，主要體現(xiàn)在：

一是為減少鋼中夾雜物含量，減小偏析，在連鑄澆注過程中可采用電磁攪拌、輕壓下等技術(shù)；

二是適當(dāng)降低鋼坯加熱溫度，防止奧氏體晶粒過度長大；

三是軋制的第一階段為再結(jié)晶區(qū)軋制，該階段通過讓變形奧氏體反復(fù)發(fā)生再結(jié)晶，同時因道次間隔時間較短，因而再結(jié)晶新晶粒來不及長大，從而獲得細(xì)小的原奧氏體晶粒。第二階段為非再結(jié)晶區(qū)軋制，該階段的關(guān)鍵是低溫狀態(tài)（約800℃）大的變形量，以使相變后能夠進行細(xì)晶強化、位錯強化和析出強化等；

四是控制冷卻：TMCP工藝的關(guān)鍵是軋后的加速冷卻，通過控制最佳的冷卻速度，獲得最終希望得到的細(xì)晶組織，通過控制冷卻水流量，獲得鋼板沿厚度、長度、寬帶方向均勻的金相組織和晶粒度從而得到均勻的力學(xué)性能。

通過以上這些手段，使鋼板具有均勻的細(xì)晶組織、低的碳當(dāng)量（Ceq）和Pcm值再加上氮化物的析出阻止熱影響區(qū)（HAZ）的晶粒長大，從而獲得具有良好的綜合力學(xué)性能、良好焊接性能的船用鋼板。

FH550/TMCP工藝所獲得的組織和力學(xué)性能

通過以上的化學(xué)成分設(shè)計和工藝的保障，獲得了滿足CCS《材料與焊接規(guī)范》要求的80mm厚、鋼級FH550、TMCP交貨狀態(tài)的船用鋼板。鋼板的組織及力學(xué)性能具有如下特點：

1、獲得了希望得到的組織。通過以上工藝手段，獲得了鐵素體和貝氏體組織，鐵素體晶粒度達到十級以上。這就保證了能夠獲得足夠的強度和韌性。

2、屈服強度完全滿足大于550MPa的要求。

3、低溫韌性指標(biāo)優(yōu)異。0℃、-20℃、-40℃時鋼板四分之一厚度處（1/4t）和鋼板芯部（1/2t）夏比沖擊功達到300J以上，-60℃時1/4t和1/2t的夏比沖擊功也均大于260J，-80℃時1/4t和1/2t的夏比沖擊功仍為100J以上?？梢婍g性儲備十分良好。

4、低的碳當(dāng)量Ceq（0.47%以下）和冷裂紋敏感系數(shù)Pcm（0.22%以下），保證了良好的焊接性能。焊接性能試驗的各項指標(biāo)良好，在熔合線、距熔合線1mm、2mm、5mm和20mm處進行沖擊試驗，-40℃時沖擊功在300J以上，-60℃熔合線處沖擊功仍為100J以上，并且不需要預(yù)熱?？梢姾附有阅軆?yōu)異。

5、落錘試驗的脆性轉(zhuǎn)變溫度（NDT）低于-65℃，說明具有優(yōu)良的低溫表面抗裂紋能力。

6、冷彎試驗合格，時效沖擊性能與常規(guī)夏比沖擊相比，下降不大。

而且鋼板的縱橫向性能、鋼板頭尾性能差別不大，說明了工藝的合理及穩(wěn)定，從而保證了鋼板性能的均勻性。

可見FH550鋼板獲得了十分優(yōu)異的強度、韌性和焊接性能，滿足造船和海洋工程用鋼的要求。

TMCP交貨狀態(tài)的船用鋼降低了合金含量，降低了生產(chǎn)成本、降低了能耗、提高了生產(chǎn)效率、減少對環(huán)境的影響，是值得廣泛推廣的先進生產(chǎn)工藝。

開發(fā)中國自己的高品質(zhì)船用鋼

雖然我們已能夠生產(chǎn)絕大多數(shù)種類的船用鋼，但由于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、均勻性、可靠性及配套性等與國外先進水平仍有一定差距，少數(shù)技術(shù)要求高、高附加值的船用鋼仍需要進口。開發(fā)中國自己的高品質(zhì)船用鋼，替代進口已是中國鋼鐵人義不容辭的責(zé)任。為此，我們需要在以下幾個方面做出努力：

一是提高船用鋼質(zhì)量的穩(wěn)定性、均勻性、經(jīng)濟性。我們雖然能夠生產(chǎn)出一些高級別的船用鋼，但性能指標(biāo)的穩(wěn)定性還不夠，鋼板不同部位的性能均勻性還不夠，做到經(jīng)濟性就更需要下大功夫。

二是鋼板的表面質(zhì)量還有待提高。一些影響造船使用的表面缺欠的存在會給隨后的造船工序帶來麻煩。

三是產(chǎn)品的綜合性能需要提高。所生產(chǎn)出來的船用鋼不能僅僅滿足規(guī)范的最低要求，除要保證強度滿足要求外，還要有足夠的韌性儲備，還要有良好的焊接性能。

四是完善產(chǎn)品售后服務(wù)等。與國外先進水平最大的差距還體現(xiàn)在理念的落后，這包括研發(fā)理念、服務(wù)理念以及研發(fā)、生產(chǎn)機制的落后。我們應(yīng)該學(xué)習(xí)國外先進的理念，從用戶需求入手進行新產(chǎn)品的研發(fā)，組成由用戶、船廠、鋼廠、研究院所、高校、政府等組成的聯(lián)合研發(fā)團隊，以產(chǎn)學(xué)研檢用相結(jié)合的機制進行新產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用。

日本研發(fā)原油船貨油艙耐蝕鋼就是一個很好的例子，他們從用戶對原油船貨油艙需要耐蝕鋼的需求入手，研究腐蝕環(huán)境、耐腐蝕機理，組成由不同機構(gòu)參加的團隊，聯(lián)合研發(fā)、生產(chǎn)到產(chǎn)品的實際應(yīng)用。形成標(biāo)準(zhǔn)、公約等國際要求，并在其他國家申請專利，通過這些形成技術(shù)壁壘，上升為另一個層次的國際競爭。

現(xiàn)在我國鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩，生產(chǎn)、銷售不景氣，成本高、利潤低，污染大，這些都制約了我們的發(fā)展。在這個時候，研發(fā)高品質(zhì)、高附加值的鋼材，為將來鋼鐵行業(yè)的復(fù)興進行必要的技術(shù)儲備，就具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

現(xiàn)在IACS材料專家組已經(jīng)在討論厚度達200mm，TMCP狀態(tài)FH890這樣更高級別船用鋼的要求，我們應(yīng)該抓住機遇，及時跟進，開發(fā)我國自己的高品質(zhì)船用鋼。