雷柯

（山鋼股份濟(jì)南分公司科技質(zhì)量部，山東濟(jì)南 250101）

生產(chǎn)技術(shù)

低合金成本DH36船板試制和性能綜合評(píng)價(jià)

雷柯

（山鋼股份濟(jì)南分公司科技質(zhì)量部，山東濟(jì)南 250101）

為降低成本，取消了晶粒細(xì)化元素V的加入，對(duì)造成的晶粒粗化通過(guò)優(yōu)化軋制工藝進(jìn)行彌補(bǔ)，并對(duì)試制的DH36船板進(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)。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(jí)；-40℃沖擊功＞80 J，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-20℃，軋制態(tài)綜合機(jī)械性能良好，滿(mǎn)足船板綜合評(píng)價(jià)要求；鋼板焊接接頭沖擊韌性略低于母材，符合船板綜合評(píng)價(jià)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(qiáng)韌性分布不均；同時(shí)焊接成型后的船體結(jié)構(gòu)會(huì)因在長(zhǎng)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(guò)全面的質(zhì)量評(píng)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(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)

在鋼鐵行業(yè)普遍盈利時(shí)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(jì)鋼39 mm正火軋制交貨的DH36船板為例，曾采用Al+Nb+V的細(xì)化晶粒組合方式合金化，取得船級(jí)社認(rèn)可和生產(chǎn)船板。為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，降低船板生產(chǎn)成本，包括合金成本，計(jì)劃采用Al+Nb的細(xì)化晶粒合金化方式，并進(jìn)行了試制生產(chǎn)，同時(shí)按照船板認(rèn)證全面評(píng)價(jià)的要求進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

2 低成本DH36船板的試制

V在鋼中的作用是通過(guò)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(guò)程中能抑制奧氏體的再結(jié)晶并阻止晶粒長(zhǎng)大，從而細(xì)化鐵素體晶粒、提高鋼的強(qiáng)度和韌性。取消合金元素V的加入將降低晶粒的細(xì)化能力，但可以通過(guò)降低鋼板的終軋溫度進(jìn)行彌補(bǔ)。

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(jí)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(hào)02946）的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

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

3 試制DH36船板的性能

3.1 船板認(rèn)證的評(píng)價(jià)要求

考慮到船板主要通過(guò)焊接的方式使用，為了保證船舶的高安全系數(shù)，全面評(píng)價(jià)需要同時(shí)對(duì)軋制態(tài)和焊接態(tài)的性能進(jìn)行檢測(cè)。

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(shí)效沖擊、落錘。

焊接態(tài)：焊接接頭的拉伸、冷彎、硬度試驗(yàn)和沖擊韌性。

3.2 軋制態(tài)船板的性能檢測(cè)

1）拉伸性能。對(duì)試軋的厚度為39 mm的DH36船板取樣進(jìn)行了橫向和縱向常規(guī)拉伸和消應(yīng)力拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果表明鋼板的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率滿(mǎn)足船級(jí)社規(guī)范要求。

表2 試軋DH36船板強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率

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

圖1 軋制態(tài)系列沖擊試驗(yàn)結(jié)果

3）鋼板的微觀(guān)組織。對(duì)船板取樣進(jìn)行金相分析，鋼板金相組織為鐵素體+珠光體（見(jiàn)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(jí)、9.0級(jí)和8.5級(jí)。

圖2 軋態(tài)消應(yīng)力后系列沖擊試驗(yàn)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(duì)鋼板按照ASTM E208進(jìn)行無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度檢測(cè)，按照標(biāo)準(zhǔn)中P2試樣要求進(jìn)行制備和檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，試樣在-30℃未破斷，滿(mǎn)足船級(jí)社規(guī)范的要求；對(duì)鋼板的內(nèi)部質(zhì)量按照ASTM A578進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果滿(mǎn)足LEVEL C要求；同時(shí)對(duì)鋼板進(jìn)行冷彎性能檢測(cè)，彎心直徑為試樣厚度的3倍，試驗(yàn)結(jié)果合格。

3.3 焊態(tài)船板的性能檢測(cè)

為了評(píng)價(jià)試制的DH36船板焊接后的性能，采用單V型坡口進(jìn)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(shí)按照上述焊接方法焊接第2組試樣，用于測(cè)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(yàn)。對(duì)焊接后的鋼板取橫向拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試樣斷裂位置在基體上；焊接后試樣的抗拉強(qiáng)度和軋態(tài)的抗拉強(qiáng)度接近，未出現(xiàn)明顯降低。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 DH36鋼板對(duì)接接頭抗拉強(qiáng)度

2）沖擊試驗(yàn)。對(duì)焊接后和焊接消應(yīng)力處理后的DH36鋼板進(jìn)行-20℃沖擊試驗(yàn)，沖擊試樣的缺口分別位于焊縫中心、熔合線(xiàn)、熔合線(xiàn)外2 mm、熔合線(xiàn)外5 mm和熔合線(xiàn)外20 mm，以檢測(cè)焊縫周邊鋼板的沖擊韌性。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)焊接消應(yīng)力后，在熔合線(xiàn)外2 mm和5 mm處鋼板的沖擊韌性下降比較明顯（見(jiàn)表4），沖擊功平均值最低值為41 J，檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足船級(jí)社要求。

表4 DH36鋼板對(duì)接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果

3）硬度試驗(yàn)。對(duì)DH36鋼板的焊縫、兩側(cè)熱影響區(qū)和兩側(cè)母材進(jìn)行硬度測(cè)試，測(cè)試方式按照HV5進(jìn)行。每個(gè)區(qū)域測(cè)量3個(gè)硬度值，計(jì)算平均值。硬度測(cè)試點(diǎn)分布見(jiàn)圖5。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖5 硬度試驗(yàn)點(diǎn)位置示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

圖6 焊縫各區(qū)域硬度值變化趨勢(shì)

對(duì)試制厚度為39 mm的DH36船板的組織性能檢測(cè)分析表明，鋼板的組織為鐵素體和珠光體，晶粒細(xì)小、均勻，晶粒度不低于8.5級(jí)。鋼板的強(qiáng)度富余量約為45 MPa，伸長(zhǎng)率富裕量≥4%（絕對(duì)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(jī)械性能良好，滿(mǎn)足船板綜合評(píng)價(jià)要求。鋼板焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到530 MPa以上，沖擊韌性略低于母材，在距熔合線(xiàn)2 mm和5 mm出現(xiàn)了沖擊韌性的最低值，其中焊接線(xiàn)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(mǎn)足船板綜合評(píng)價(jià)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(guò)降低終軋溫度來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)。按照上述工藝生產(chǎn)的船板經(jīng)過(guò)綜合評(píng)價(jià)滿(mǎn)足船板綜合評(píng)價(jià)的要求。此生產(chǎn)工藝獲得船級(jí)社認(rèn)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(jí)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(yǔ)

萊鋼620 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線(xiàn)通過(guò)生產(chǎn)工藝和操作的優(yōu)化，成功開(kāi)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(mǎn)足了下游用戶(hù)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

表8 40Mn熱軋窄鋼帶厚度3點(diǎn)差及同條差mm

今后將進(jìn)一步完善和穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，提高包裝質(zhì)量，改進(jìn)工藝制度，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地滿(mǎn)足用戶(hù)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(zhuān)業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份濟(jì)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(kāi)發(fā)工作。