潘中德

（南京鋼鐵股份有限公司板材事業(yè)部，江蘇 南京210035）

1 前 言

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計向高強(qiáng)度、高韌性和優(yōu)良焊接性能方向發(fā)展，近來國際某著名橋梁工程項(xiàng)目，業(yè)主設(shè)計采用屈服強(qiáng)度460 MPa高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板，且鋼板最大厚度達(dá)120 mm?？紤]460 MPa 高強(qiáng)鋼的成型性能、低溫韌性、焊接性能等，用戶提出了按歐洲BS EN10025—4《熱軋結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品—第四部分：熱機(jī)械軋制焊接細(xì)晶粒技術(shù)交貨條件》標(biāo)準(zhǔn)中S460ML牌號進(jìn)行生產(chǎn)供貨，同時還需滿足成分設(shè)計CEV≤0.43%，鋼板-40 ℃低溫沖擊值≥100 J、鋼板屈強(qiáng)比≤0.85、厚度方向Z35性能等特殊技術(shù)要求，生產(chǎn)技術(shù)難度非常大［1-2］。

結(jié)合該國際橋梁項(xiàng)目設(shè)計采用的歐洲標(biāo)準(zhǔn)及項(xiàng)目特殊技術(shù)要求，南鋼采用低碳、低CEV、Nb+Ti微合金化等成分設(shè)計和熱機(jī)械軋制工藝，借助于大厚度連板鑄坯，在5 000 mm 寬厚板廠生產(chǎn)線進(jìn)行工業(yè)試制，成功開發(fā)了120 mm S460ML-Z35 高強(qiáng)度鋼板，鋼板的各項(xiàng)性能指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)及項(xiàng)目技術(shù)要求。

2 S460ML-Z35高強(qiáng)度鋼板的開發(fā)生產(chǎn)

2.1 技術(shù)要求

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)BS EN10025—4規(guī)定，和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10164 中厚度方向性能要求，S460ML-Z35 高

試制鋼板的制造工藝路線包括煉鋼、軋鋼等兩個工序。其中煉鋼工序包括鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶強(qiáng)度鋼板的熔煉化學(xué)成分要求見表1，拉伸、沖擊、Z向等機(jī)械性能要求見表2。

表1 S460ML-Z35鋼板的熔煉化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表2 S460ML-Z35鋼板的機(jī)械性能

考慮到S460ML-Z35 鋼板的高強(qiáng)度級別、120 mm特厚規(guī)格，為保證鋼板具備良好的焊接性能，項(xiàng)目技術(shù)協(xié)議中增加了CEV≤0.43%的特殊要求。

針對橋梁項(xiàng)目鋼板的下料使用及服役要求，項(xiàng)目技術(shù)協(xié)議中增加了鋼板-40 ℃低溫沖擊功平均值＞100 J、鋼板屈強(qiáng)比≤0.85等特殊技術(shù)要求。

2.2 化學(xué)成分及制造工藝

綜合考慮S460ML-Z35高強(qiáng)度鋼板的各項(xiàng)力學(xué)性能要求，采用低碳、低CEV、Nb+Ti 微合金化等成分設(shè)計，為提高特厚鋼板的低溫沖擊韌性，成分設(shè)計還添加適量Ni 合金元素；同時盡量降低鋼中有害元素含量，主要通過低P、低S 含量的控制，來提高鋼的低溫韌性和焊接性能［3］。120 mm 熱機(jī)械軋制S460ML-Z35高強(qiáng)度鋼板的成分設(shè)計及各元素含量要求見表3。煉、LF精煉、RH真空精煉、板坯連鑄等。軋鋼工序包括鑄坯加熱、除鱗、控制軋制、控制冷卻、切割、探傷、檢驗(yàn)、標(biāo)識、合格品入庫等。

表3 S460ML-Z35鋼板的成分設(shè)計（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

煉鋼工序中，為了得到高純凈度的鋼水和優(yōu)良的鑄坯質(zhì)量，煉鋼采用鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH真空精煉、板坯連鑄等先進(jìn)煉鋼技術(shù)。其中鋼水冶煉過程執(zhí)行低P、低S控制，最大限度降低殘余有害元素含量，連鑄過程采用結(jié)晶器電磁攪拌、動態(tài)輕壓下技術(shù)等先進(jìn)控制技術(shù)，提高鑄坯的中心偏析、中心疏松等內(nèi)部質(zhì)量。

軋鋼工序中，首先坯料設(shè)計需保證具備一定的軋制壓縮比，試驗(yàn)采用320 mm 大厚度連鑄板坯進(jìn)行軋制，以便保證熱機(jī)械軋制工藝的更好實(shí)現(xiàn)。S460ML-Z35高強(qiáng)度鋼板采用粗軋階段的奧氏體再結(jié)晶軋制、精軋階段的奧氏體未再結(jié)晶軋制等兩階段軋制工藝，其中粗軋階段采用高溫、最后2 道次的壓下率不低于18%的大壓下軋制工藝，軋制變形更多滲透至鋼板心部，提高厚度方向性能的均勻性；精軋階段充分避開混晶區(qū)軋制，累計軋制形變和位錯；軋后鋼板使用超快冷系統(tǒng)進(jìn)行快速冷卻，以便獲得均勻、細(xì)小的相變組織［4］。

3 實(shí)物質(zhì)量檢測結(jié)果

對S460ML-Z35 高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行超聲波探傷，并在鋼板上取樣進(jìn)行拉伸、Z 向、沖擊等力學(xué)性能的測試，以及焊接性能的研究。

3.1 內(nèi)部質(zhì)量

對于試制S460ML-Z35 高強(qiáng)度鋼板，采用EN10160 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%超聲波自動探傷，探傷結(jié)果顯示，120 mm厚鋼板內(nèi)部未見明顯缺陷，按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10160 評級可達(dá)S2E3 級別要求，說明本次采用低壓縮比、熱機(jī)械軋制工藝生產(chǎn)的120 mm S460ML-Z35 高強(qiáng)度鋼板內(nèi)部質(zhì)量較好，符合項(xiàng)目技術(shù)要求。

3.2 拉伸性能

在試制120 mm 厚S460ML-Z35 高強(qiáng)度鋼板的寬度1/4 處取樣，加工鋼板厚度1/4 處橫向拉伸、厚度方向Z 向拉伸性能等試樣，拉伸檢測結(jié)果如表4所示。

表4 S460ML-Z35鋼板的力學(xué)性能

從表4 可以看出，鋼板的拉伸性能符合BS EN10025-4標(biāo)準(zhǔn)要求，其中屈服強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)下限值30 MPa 以上，抗拉強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)下限值40 MPa以上，屈強(qiáng)比滿足不超過0.85的項(xiàng)目技術(shù)要求；Z向斷面收縮率符合EN10164標(biāo)準(zhǔn)中Z35指標(biāo)要求，平均斷面收縮率≥50%，鋼板抗層狀撕裂性能優(yōu)異。

3.3 沖擊性能

在試制120 mm 厚S460ML-Z35 高強(qiáng)度鋼板的寬度1/4處取樣，加工鋼板厚度1/4處縱向沖擊性能試樣，分別檢測項(xiàng)目技術(shù)要求的-40 ℃沖擊試驗(yàn)，和更低溫的-50℃沖擊試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 S460ML-Z35鋼板的沖擊性能

從表5 可以看出，S460ML-Z35 鋼板沖擊性能滿足-40 ℃低溫沖擊值不低于100 J 的項(xiàng)目技術(shù)要求，加做更低溫-50 ℃低溫沖擊值≥100 J，鋼板低溫韌性較好。

3.4 顯微組織

對120 mm厚S460ML-Z35鋼板取樣，加工鋼板厚度1/4 處試樣，在光學(xué)顯微鏡下觀察鋼板微觀組織特點(diǎn)，試制鋼板金相組織照片見圖1。

圖1 S460ML-Z35鋼板的金相組織-1/4厚度處

由圖1 可以看出，在500 倍光學(xué)顯微鏡下，鋼板試樣的顯微組織類型主要為鐵素體、珠光體組織，金相組織總體較為均勻及細(xì)小，晶粒度評級為8.5～9.5級。

3.5 焊接性能

按照BS EN10025-4 標(biāo)準(zhǔn)要求，開展鋼板的焊接冷裂紋敏感性評價試驗(yàn)，在120 mm S460ML-Z35鋼板上取樣，進(jìn)行Y 形坡口焊接試驗(yàn)，為后續(xù)鋼板的合理使用提供焊接工藝指導(dǎo)依據(jù)［5］。S460MLZ35 高強(qiáng)度鋼板試件的形狀及尺寸見圖2，采用氣體保護(hù)焊進(jìn)行了不預(yù)熱（室溫19 ℃）條件下、預(yù)熱50 ℃條件下的Y形坡口焊接裂紋試驗(yàn)。

試件焊接完成后放置48 h，進(jìn)行表面裂紋率和斷面裂紋檢查，檢驗(yàn)結(jié)果見表6（表面裂紋率為0）。

從表6可以看出，將鋼板預(yù)熱到50 ℃條件下進(jìn)行焊接時，表面裂紋和斷面裂紋發(fā)生率均為0%，試樣斷面的焊縫硬度≤270 HV10，熱影響區(qū)硬度≤320 HV10，可防止焊接冷裂紋現(xiàn)象的產(chǎn)生。

圖2 焊接試件形狀及尺寸

表6 焊接試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

4.1 南鋼通過低碳、低CEV、Nb+Ti 微合金化等成分設(shè)計和熱機(jī)械軋制工藝，成功開發(fā)了120 mm 厚S460ML-Z35 高強(qiáng)度鋼板，經(jīng)檢測鋼板具有良好的綜合性能，鋼板屈強(qiáng)比≤0.85，低溫沖擊優(yōu)異，其中-40 ℃低溫沖擊值≥200 J、-50 ℃低溫沖擊值≥100 J，厚度方向性能滿足EN10164 標(biāo)準(zhǔn)Z35級別，內(nèi)部質(zhì)量按EN10160 標(biāo)準(zhǔn)探傷滿足S2E3 級要求，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)及項(xiàng)目技術(shù)要求。

4.2 對120 mm S460ML-Z35高強(qiáng)度鋼板進(jìn)行了焊接冷裂紋敏感試驗(yàn)，Y 形坡口焊接性試驗(yàn)結(jié)果顯示，在預(yù)熱50 ℃條件下焊接即可防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生，焊縫硬度≤270 HV10，熱影響區(qū)硬度≤320 HV10。