岑曉燕,鐘武波

(寶山鋼鐵股份有限公司制造管理部,上海 200941)

隨著中國國內(nèi)設(shè)備加工企業(yè)設(shè)備制造能力的迅速提升,石油化工設(shè)備、鍋爐、容器國產(chǎn)化進(jìn)程加快,需要大量鍋爐、容器和結(jié)構(gòu)用中高等級(jí)厚板,而用戶采購的中高等級(jí)厚板均需要滿足在一定溫度下保溫一段時(shí)間后,鋼板力學(xué)性能仍能滿足標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議要求,這主要是考慮設(shè)備加工制造過程中,焊接或加工變形后需要通過熱處理來均勻化組織,消除應(yīng)力,保證設(shè)備使用安全。國標(biāo)GB 713—2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)進(jìn)行模擬焊后消應(yīng)力熱處理樣坯的建議為3T·3T·T(T為鋼板厚度),美國的ASTM A20/A20M—2017 Standard Specification for General Requirements for Steel Plates for Pressure Vessels對(duì)樣坯尺寸沒有此要求。對(duì)于中厚板,取尺寸為3T·3T·T模擬焊后消應(yīng)力熱處理樣坯,由于樣坯尺寸較大,尤其是沿鋼板軋制方向取樣,會(huì)顯著降低鋼廠和鋼板用戶的成材率,增加取樣成本。由于國標(biāo)對(duì)于樣坯大小的建議從根本上是要求樣坯模擬消應(yīng)力熱處理后的力學(xué)性能能夠代表整張大板,且ASTM A20/A20M標(biāo)準(zhǔn)未提出3T·3T·T的樣坯尺寸要求,因此有必要研究,找到最佳的模擬消應(yīng)力熱處理的樣坯尺寸。

1 試驗(yàn)材料及樣坯尺寸選擇

選取厚板生產(chǎn)的三種交貨狀態(tài)鋼板作為試驗(yàn)材料。鑒于GB 713—2014產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,當(dāng)試樣坯料從鋼板上切取且單獨(dú)進(jìn)行熱處理時(shí),所取樣坯尺寸(寬度×長(zhǎng)度×厚度)應(yīng)不小于3T·3T·T(T為鋼板厚度)。據(jù)此本課題設(shè)計(jì)了三種不同尺寸的樣坯進(jìn)行熱處理試驗(yàn),最大尺寸為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的3T·3T·T或更大,依次遞減,具體見表1。

2 模擬熱處理工藝

根據(jù)表1中的樣坯進(jìn)行模擬熱處理工藝設(shè)計(jì),具體見表2。試驗(yàn)在帶微機(jī)控制升溫速度的某進(jìn)口品牌空氣循環(huán)爐上進(jìn)行。

3 試驗(yàn)

本項(xiàng)目選取了40～130 mm厚的鋼板進(jìn)行模擬焊后消應(yīng)力熱處理試驗(yàn),厚度范圍覆蓋了國內(nèi)外厚板廠的主要規(guī)格,熱處理后對(duì)鋼板的相關(guān)性能進(jìn)行室溫拉伸和夏比沖擊試驗(yàn)。

3.1 取樣

鋼板厚度1/4位置,取直徑為10 mm、標(biāo)距為50 mm的橫向圓棒試樣和10 mm×10 mm×55 mm的V形缺口橫向沖擊試樣。依據(jù)GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分:室溫試驗(yàn)方法》和GB/T 229—2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》,分別采用進(jìn)口某品牌的全自動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和夏比沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。

從每個(gè)牌號(hào)的最大尺寸板坯(試樣號(hào)為1)上各取6個(gè)拉伸,另外兩個(gè)尺寸的板坯(試樣號(hào)為2、3)各取3個(gè)拉伸。試樣號(hào)為11……51,每個(gè)溫度取3組沖擊試樣;試樣號(hào)為12、13……52、53的試樣,每個(gè)溫度取2組沖擊試樣;試樣號(hào)為61……111的試樣,取6組沖擊試樣;試樣號(hào)為62、63……112、113的試樣,各取4組沖擊試樣。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

表3為熱處理之后鋼板的拉伸性能,表4為沖擊性能。

表3列出了各個(gè)鋼種牌號(hào)不同樣坯尺寸經(jīng)模擬熱處理后測(cè)得的拉伸性能,對(duì)其中的Rp0.2、Rm和斷裂延伸率A都做了統(tǒng)計(jì)。由表3可以看出,Rp0.2、Rm的極差不超過20 MPa,A的極差不超過3%。

表4列出了各個(gè)鋼種不同樣坯尺寸熱處理后測(cè)得的沖擊性能,對(duì)沖擊功均值的極差做了分析,由表4可看出,沖擊功極差不超過均值的10%。

表3 熱處理后鋼板拉伸性能

表4 熱處理后鋼板沖擊性能

3.3 討論

分析表3和表4的數(shù)據(jù),可以歸納出以下幾點(diǎn):

(1) 隨著熱處理板坯規(guī)格逐漸減小,其對(duì)應(yīng)的拉伸和沖擊數(shù)據(jù)并未有明顯的變化趨勢(shì)。

(2) 拉伸數(shù)據(jù)中Rp0.2的極差最小為1.8 MPa,最大為15.5 MPa;抗拉強(qiáng)度Rm的極差最小為0.7 MPa,最大為9.3 MPa;斷裂延伸率A的極差最小為0.25%,最大為1.90%。

(3) 沖擊數(shù)據(jù)中的均值極差最小為1.0 J,最大為23.4 J,均不超過沖擊吸收能量均值的10%。

(4) 相同厚度規(guī)格的板坯,由于模擬熱加工工藝中熱處理溫度的不同,拉伸性能略有不同,強(qiáng)度相差20 MPa左右,而沖擊性能相差不大。

4 結(jié)論

從上述幾個(gè)現(xiàn)象可以看出,不同尺寸的模擬熱處理板坯,其拉伸強(qiáng)度性能的極差均在20 MPa之內(nèi),而沖擊性能的極差不超過均值的10%,并且同鋼級(jí)不同板坯尺寸的力學(xué)性能未發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)性增大或減小的現(xiàn)象。因此可見本文所研究的鋼種牌號(hào),其模擬焊后消應(yīng)力熱處理之后的性能,并不會(huì)隨熱處理樣坯尺寸的減小而發(fā)生力學(xué)性能上的變化。對(duì)于厚度50 mm以上并且淬透性較好的鋼板,樣坯尺寸可以考慮用小試樣代替標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的3T·3T·T的尺寸要求,而根據(jù)文中研究用到的最小尺寸,生產(chǎn)中可選用T·3T·T規(guī)格的熱處理樣坯進(jìn)行試驗(yàn);而對(duì)于淬透性較差的鋼種應(yīng)慎用。

感謝寶山鋼鐵股份有限公司制造管理部徐惟誠首席工程師給予的大力幫助！