馬曉旭，邱香花，位 楓，周啟航，賈 新

（新余鋼鐵公司檢測(cè)中心，江西 新余 338028）

船板鋼是船體結(jié)構(gòu)用鋼簡(jiǎn)稱，主要用于制造各種船舶的船體、甲板等。船舶的工作環(huán)境惡劣，船體外殼不僅要承受海水的電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕和微生物、海生物的腐蝕，還要承受交變負(fù)荷作用和較大的風(fēng)浪沖擊；再加上船舶的加工成型復(fù)雜等原因，因此對(duì)船體結(jié)構(gòu)用鋼要求嚴(yán)格。最關(guān)鍵的要求是良好的韌性，此外，還要有較高的強(qiáng)度、良好的焊接性能、耐腐蝕性能、加工成型性能及表面質(zhì)量。

某公司生產(chǎn)的60mm 厚E 級(jí)船板，出現(xiàn)了-40℃沖擊不合格的現(xiàn)象。筆者在此就E 級(jí)船板低溫-40℃沖擊不合格進(jìn)行原因分析。該60mm 厚E 級(jí)船板的生產(chǎn)工藝為：脫硫扒渣→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF 爐精煉(—RH 真空處理)→板坯全保護(hù)澆注→鑄坯緩冷→鋼坯外觀檢查→鋼坯（400mm 坯料）加熱→高壓水除鱗→控制軋制（≥950℃粗軋溫度，軋制至中間坯厚度在180mm 厚度，待溫二次開(kāi)扎溫度≤900℃軋制至成品其終軋溫度可控制在760℃～840℃）→控制冷卻（返紅溫度控制在720℃～780℃）→矯直—噴號(hào)(—堆冷)→精整→入庫(kù)[1]。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 化學(xué)成分分析

選取兩個(gè)-40℃沖擊不合格的60mm 規(guī)格E 級(jí)船板試樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求（見(jiàn)表1）。

表1 化學(xué)成分(%)

1.2 斷口形貌分析

對(duì)斷口的宏觀形貌進(jìn)行觀察，沖擊不合格試樣斷口較平整，有光亮的晶粒狀結(jié)構(gòu)，屬脆性結(jié)晶斷口（見(jiàn)圖1a）；沖擊合格試樣的低溫沖擊斷口呈暗灰色，無(wú)光澤且無(wú)結(jié)晶顆粒的均勻組織，是顯著的塑性變形斷口，屬韌性斷口（見(jiàn)圖1b）。通過(guò)掃描電鏡對(duì)斷口的微觀形貌進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：沖擊不合格試樣有河流花樣短而彎曲，支流少，解理面小，且周圍有較多的撕裂棱，而韌窩（即凹坑）較少，即為脆性的準(zhǔn)解理斷裂（見(jiàn)圖2a）；沖擊合格試樣有一個(gè)個(gè)韌窩，即微孔聚合型斷裂，在多數(shù)情況下與宏觀上的韌性斷裂相對(duì)應(yīng)[1]（見(jiàn)圖2b）。

圖1 斷口宏觀形貌

圖2 斷口微觀形貌

1.3 金相分析

為更好的對(duì)60mm 厚E 級(jí)船板出現(xiàn)了低溫-40℃沖擊不合格的現(xiàn)象進(jìn)行分析，選取出現(xiàn)該問(wèn)題的E 級(jí)船板沖擊試樣1#、2#與沖擊值合格的E 級(jí)船板試樣3#、4#進(jìn)行金相分析。制取橫向試樣時(shí)，選用4%硝酸酒精侵蝕后分析。金相分析檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，組織照片見(jiàn)圖3，晶粒度照片見(jiàn)圖4[2]。

表2 沖擊試樣1#、2#、3#、4#的金相檢驗(yàn)結(jié)果

圖3 沖擊試樣顯微組織

圖4 沖擊試樣晶粒度

從試驗(yàn)中可發(fā)現(xiàn)試樣1#、2#、3#、4#都是鐵素體+珠光體組織，夾雜物無(wú)明顯差異。由此可知夾雜物不是60mm 厚E 級(jí)船板低溫沖擊不合格的主要原因。然而從圖4a 中可發(fā)現(xiàn)1#、2#沖擊試樣的晶粒度為混晶，級(jí)別都為11.0～8.0 級(jí)，圖4b 中3#與4#沖擊試樣的晶粒相對(duì)均勻，晶粒度級(jí)別都為8.5 級(jí)。以此可見(jiàn)造成60mm 厚E 級(jí)船板低溫沖擊不合格的原因跟混晶有很大關(guān)系。

2 分析與討論

對(duì)于金屬材料而言，晶粒大小與金屬材料的塑性變形的關(guān)系：在一定體積的晶體內(nèi)，晶粒的數(shù)目越多，晶界就越多，晶粒就越細(xì)，并且不同位向的晶粒也越多，因而塑性變形的抗力也越大。細(xì)晶粒的多晶體不僅強(qiáng)度高，而且塑性和韌性也較好。因?yàn)榫ЯＴ郊?xì)，在同樣變行條件下，變形量可分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，使各晶粒的變形比較均勻，而不至于過(guò)于集中在少數(shù)晶粒上，使其變形嚴(yán)重。另一方面，晶粒越細(xì)，晶界就越多，越曲折，有利于阻止裂紋的傳播，從而在其斷裂前能承受較大的塑性變形，吸收較多的功，表現(xiàn)出較好的塑性和韌性。

晶粒大小由結(jié)晶過(guò)程和熱處理過(guò)程決定。結(jié)晶主要考慮晶體形核和晶粒長(zhǎng)大兩個(gè)過(guò)程。如果形核率高，而長(zhǎng)大速度慢，則晶粒較小。反之形核率低，長(zhǎng)大速度快，晶粒較大。溫度、時(shí)間及雜質(zhì)等通過(guò)影響晶體的形核、長(zhǎng)大過(guò)程來(lái)影響晶粒大小。

造成E 級(jí)船板晶粒不均勻應(yīng)是在控制軋制階段時(shí)，軋制坯料的加熱溫度波動(dòng)較大，部分時(shí)間存在爐溫偏低現(xiàn)象，造成鋼坯加熱不均勻現(xiàn)象，使鋼板粗軋軋制道次偏多，未三道壓下率偏低，鋼坯局部不能滿足再結(jié)晶臨界變形量要求，導(dǎo)致混晶組織產(chǎn)生，沖擊試驗(yàn)時(shí)，沖擊值偏低［2］。

3 結(jié)論

綜合上述分析認(rèn)為：

（1）造成E 級(jí)船板出現(xiàn)了-40℃沖擊不合格現(xiàn)象的原因是晶粒組織不均勻，塑性、韌性差，致使在做沖擊試驗(yàn)時(shí)發(fā)生脆性斷裂，沖擊值低。

（2）出現(xiàn)晶粒不均勻現(xiàn)象是由于軋制坯料時(shí)加熱不均勻，鋼坯局部不能滿足再結(jié)晶臨界變形量要求導(dǎo)致的。

4 建議

為了避免出現(xiàn)這類現(xiàn)象，給于以下幾點(diǎn)建議：

（1）應(yīng)控制好加熱時(shí)間和加熱速度，控制好軋制過(guò)程中的加熱溫度，必須確保加熱整塊鋼的溫度均勻性。

（2）在二次待溫開(kāi)軋時(shí)，道次的壓下率不得小于10%。

（3）為了避免特大晶粒的出現(xiàn)，最后一道的道次壓下率確保15%以上。

這樣就能保證晶粒細(xì)化從而能夠保證E 級(jí)船板-40℃沖擊單值。