浅谈高强度船板钢开发生产实践
发布时间:2022-03-16 16:50:07来源:乾润钢球
现行的标准将船板钢分为两大级别。一般强度船体用钢板和高强度船体用钢板。一般强度船体用钢板(屈服强度为235MPa)分为A、B、D、E四个质量等级,高强度船体用钢板又分为AH32、DH32、EH32、AH36、DH36、EH36两个级别、三个质量等级。一般强度的船板钢主要用于建造沿海、内河和万吨级以下的海洋航区的船舶壳体,高强度船板钢由于具有强度高,综合性能好,能够减轻船体自重。提高载荷的优点。适用于建造远洋万吨级以上的船舶壳体。2000年度。公司成功开发研制一般强度A、B、D级船板钢。并通过五国船级社认证。根据公司发展规划.为使船板钢形成系列产品。满足市场要求.决定对高强度船板钢进行研制开发.主要牌号以AH32、DH32、AH36、DH36四个为主。
1 技术质量要求随着船舶建造向着大型、高速和多用途方向发展.船体结构钢板的性能和质量状况越来越受到船东、船厂和船舶设计者的重视。各国船级社都围绕着保证船舶的安全航行制定出了自己的规范和标准,具体见下页表l、表2、表3。世界上主要的船级社有英国(LR)、挪威(DNV)、美国(ABS)、13本(NK)、法国(BV)、德国(GL)及中国(cos)。综观各国船级社的规范与要求。除了需常规的化学成分和力学性能外,对高强船板钢的生产工艺和产品质量均提出如下要求。(1)采用Al、Nb、V、Ti中的一种或几种进行细化晶粒。(2)钢中Als含量不小于0.015%,或AlT不小于0.020%。(3)控制钢中夹杂物,提高钢水纯净度。(4)采用TMCP轧制工艺时,对碳当量提出明确要求:360Mpa级,Ceq≤0.38% ;320Mpa级,Ceq≤O.36% 。(5)充足的强度及良好的低温冲击韧性。
2 工艺技术设计2.1 设计原则(1)以船规要求为基础。(2)成分以保证钢材性能指标为前提。(3)满足船规和用户对成分的要求。(4)以酒钢原料条件和实际工艺为出发点。(5)降低生产成本。2.2 成分设计尽管各国船级社对钢种成分含量做了规定,但为了满足高强船板钢的性能要求,各厂都在船规基础上进行了设计、内控,以确保实物质量满足要求。(1)碳是影响钢材强度的最主要元素之一,碳含量越高强度越高,但对塑性、韧性和焊接性能不利。高强船板钢对塑性尤其是低温韧性提出较高要求,因此碳含量要适当往低控制。(2)锰对提高强度,降低钢材脆性转变温度,改善冲击韧性起着重要的作用。在船规要求范围内,锰应按中上限控制。(3)硫常以条状硫化物的形态沿轧制方向分布,由于它破坏了钢的连续性,显著降低延展性和韧性,加剧各向异性,其影响程度随硫含量的提高而加剧。因此要采取措施降低硫含量。(4)铝含量是船板钢明确要求的元素,一般要求Als≥0.015%或AlT≥0.020%。(5)Nb通过两种途径细化品粒。一是Nb对奥氏体的再结晶有明显延迟作用.提高完全再结晶温度, 防止再结晶奥氏体品粒长大;二是随着轧制温度的降低,Nb的碳、氮化物可在奥氏体向铁素体转变前弥散析出,成为铁素体的形核质点,使铁素体在较小过冷度下形成,不易长大。从而细化了铁素体晶粒。由于上述因素单独或组合作用,Nb无论在正火或控轧钢中都可表现出强烈的细化晶粒效果。而加入量0.02—0.04%即可达到细化晶粒的目的。2.3 工艺设计(1)由于转炉去硫能力有限,为了保证成品相对较低的硫含量,对入转炉铁水时行炉外脱硫处理。(2)钢水纯净度控制。船规虽然对气体和夹杂含量未做明确要求,但为了提高质量,保证性能,生产过程中要进行控制。根据目前冶炼装备及低合金钢的生产检验结果,认为采取预脱氧、全程底吹氩、保护浇注、中包挡墙坝等措施促进夹杂物上浮。可以保证钢水纯净度满足质量性能要求。(3)轧制工艺。高强度船板钢做为低合金微合金处理钢种,主要要求有较高的强度、塑性和良好的低温韧性.因此工艺设计要充分发挥中板厂轧机大轧制力、低温控轧和快冷工艺的特点,以便充分细化晶粒,控制相变和组织结构。实现控制轧制和TMCP轧制。
3 工艺路线根据上述技术设计与要求,确定高强度船板的生产工艺为“铁水深脱硫_+转炉冶炼_+炉后脱氧_+吹氩_+喂线一连铸保护浇注_+铸坯检验_+加热_+除鳞 控制轧制_+控制冷却_+热矫_+冷床 精整一检验”。
4 工业试验4.1 冶炼冶炼是在5O吨氧气顶吹转炉上进行。控制终点碳含量,以防钢水过氧化,出钢采用Al、Si、Mn等合金进行脱氧合金化,吹氩站喂Al线调整Als含量。吹氩促进夹物杂上浮,连铸采用全圆弧、8点矫直连铸机,主要生产规格为220x1350mm,整个生产过程采用全封闭保护浇注,中包内设挡墙、挡坝。以促进夹杂物上浮。4.2 轧制结合中板厂轧机设备特点,并考虑高强度船板钢的质量特性要求,轧制工艺重点对以下环节进行控制。(1)控制钢坯均热温度,保证微合金元素熔解,奥氏体晶粒不致过于粗大。(2)轧制时控制压缩比和展宽比。(3)控制再结晶区道次压下量和总压下率。(4)控制未再结晶区道次压下量和未再结晶区总压下率。(5)控制终轧温度和快冷冷速,保证终冷温度在合适范围内。
5 试验效果分析5.1 熔炼成分熔炼成分的详细情况见下页表5。5.2 碳当量各钢号实际碳当量控制。Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/1 55.3 微合金细化晶粒晶粒细化是不同强化机制中唯一的既能提高强度又能降低韧脆转变温度的方法。根据各国船规的要求。生产时高强船板采用Al和Nb两种元素细化晶粒,Al的加入量完全按照船规要求进行。并考虑因成分波动而留有一定富余量。由于Nb的收得率相对稳定。因此直接通过炉后合金配加完全可以满足要求。实际板材金相组织检验表明实际晶粒度为7~9.5级。5.4 钢中Als的控制出钢用Al预脱氧,控制钢水到站氧含量,吹氩站根据钢水到站氧含量,喂Al线脱氧,增加Als含量。最终根据A1—0平衡,依靠钢中定氧,控制出站钢水自由氧含量的方式来保证钢中Als含量满足要求。
6 结论6.1 钢种成分设计能够满足钢种性能要求。6.2 工艺设计合理。能够满足各钢种要求,板材T.O≤35ppm。6.3 成品板材Als≥0.018% 。Nb:0.020.04% ,达到预期设定值。6.4 产品性能符合船规要求。且有一定的富余量。6.5 板材实际晶粒度为7—9.5级。
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