船體結構用鋼,是指按照船級社建造規范要求生產的用于制造船體結構的鋼材,一般包括船板、型鋼等。船體結構用鋼要具有較高的強度,較好的韌性,以及工藝的適應性和抗海水腐蝕的能力。早期的船板多用碳素鋼,通過碳含量的增加來提高強度,20世紀50年代后使用調質處理的鎳鉻鉬系合金元素為主的550MPa級的HY-80鋼,后又研制成功了660MPa級的HY-100鋼。20世紀80年代后美國提出了HSLA(high strength low alloys)艦船用鋼的發展計劃。首先開發出HSLA-80,后又開發出一種超低碳高強度的HSLA-100。當今船板鋼生產廠家多采用化學成分“低碳、高錳、微合金化”的設計思路。
低碳低合金鋼不但具有較高的強度,同時又具有較低的沖擊轉變溫度、優良的焊接性能,而且這些優良的綜合力學性能在控軋狀態下即可獲得??剀埧乩涔に嚲哂泄澕s能耗、簡化生產工序、提高鋼材綜合力學性能等優點,所以國內外生產高強度船體結構用鋼板均采用TMCP(熱機械軋制)工藝。
目前國內船用鋼板60%以上的品種為A、B級別,高強度鋼從AH32到FH40都有應用,但是比例最大的還是AH級別。鞍鋼開發出了FH550、EH550和超高強度船板AH690。FH550是一種超高強度船板用鋼,為低碳貝氏體鋼,室溫組織為針狀鐵素體。本文主要對FH550船板鋼進行了軋制試驗,為確定合理的控制軋制和控制冷卻制度奠定基礎,重點考慮TMCP工藝和回火制度對該鋼種組織和力學性能的影響。
FH550船板鋼的成分和軋制工藝參數見表1。采用TMCP生產工藝,板坯厚80mm,成品厚16mm,中間坯厚45mm。根據軋機能力、加熱能力及冷卻能力,設定加熱溫度1200℃。將鋼板的軋制分為兩個階段進行,前三道次為高溫階段軋制,保持在1120℃以上,目的是通過軋制道次間的反復再結晶充分細化奧氏體組織。后五道次為低溫階段軋制,軋制溫度在880℃以下,目的是通過未再結晶區內的變形,使相變的形核位置增加??刂撇煌慕K軋溫度,軋后冷卻到502℃。對熱軋后的鋼板進行力學性能測試、顯微組織觀察和斷口分析,然后在鋼板的不同位置取6個樣品分別加熱到400、450、500、550、600和650℃進行回火處理,對處理后的樣品分別進行硬度測試、組織觀察和力學性能測試。
FH550級船板鋼軋制后屈服強度為580~590MPa,伸長率為22%~24%,強度和塑性都達到了船級社的要求。FH550級船板鋼的軋態組織主要為針狀鐵素體和少量粒狀貝氏體,鋼板1/2寬度處有少量的珠光體。在回火過程中隨著溫度的升高,位錯密度降低,晶粒尺寸變大。兩階段軋制后,FH550鋼板1/4寬度處的低溫韌性較好,韌脆轉變溫度較低,組織主要為針狀鐵素體,沖擊斷口為韌性斷口;鋼板1/2寬度處的低溫韌性較差,組織主要為針狀鐵素體和珠光體,沖擊斷口為解理斷口。
回火后FH550級船板鋼性能明顯發生變化,隨回火溫度的升高,鋼的硬度先降低后升高,600℃回火時得到最高的硬度和屈服強度,600℃以上回火時,鋼的硬度和屈服強度均有所下降?;鼗鸷箐摰臎_擊韌度與軋態相比有所下降。故在550~600℃回火,可以獲得良好的綜合性能。