热处理对AH36船板钢微观组织和力学性能的影响

；一试验研究一热处理对AH36船板钢微观组织和力学性能的影响孔冠宏，张瑞堂，冯锐，刘玉爱1济钢集团科技质量部，山东济南250101；2山东大学材料科学与工程学院，山东济南250061；3山东省大规格合金结构钢棒材工程技术中心，山东济南250061摘要研究了正火对AH36船板钢微观组织和力学性能的影响。结果表明，AH36船板钢随正火温度的升高，屈服强度和抗拉强度降低，断后伸长率和冲击韧度先升后降，力学性能的变化与位错密度和晶粒尺寸密切相关。AH36船板钢的最佳正火温度为900OC，经900正火后，钢板晶粒细小均匀，异常偏析带完全被珠光体替代，断口分层现象消失，塑韧性显著改善。关键词正火；船板钢；分层；异常偏析带中图分类号TG115文献标识码A文章编号10081690201306003005EFFECTOFHEATTREATMENTONMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFAH36SHIPBUILDINGPLATEKONGGUANHONG，ZHANGRUITANG，FENGRUI，LIUYUAL1SCIENCEANDTECHNOLOGYQUALITYDEPARTMENT，JINANIRONANDSTEELGROUP，JINAN250101，SHANDONGCHINA；2SCHOOLOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING，SHANDONGUNIVERSITY，JINAN250061，SHANDONGCHINA；3ENGINEERINGRESEARCHCENTEROFLARGESIZEALLOYSTRUCTURALSTEELBARSOFSHANDONGPROVINCE，JINAN250061，SHANDONGCHINAABSTRACTTHEEFFECTOFNORMALIZINGONMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPROPERTIESOFAH36SHIPBUILDINGPLATEWASINVESTIGATED。THERESULTSSHOWTHATTHEYIELDSTRENGTHANDTENSILESTRENGTHDECREASE，ANDBOTHTHEELONGATIONANDIMPACTTOUGHNESSFIRSTINCREASEANDTHENDECREASEASTHENORMALIZINGTEMPERATUREINCREASESFORTHEAH36SHIPBUILDINGPLATE，WHICHISCLOSELYRELATEDTOTHEDISLOCATIONDENSITYANDTHEGRAINSIZETHEMOSTSUITABLENORMALIZINGTEMPERATUREOFAH36SHIPBUILDINGPLATEIS900CCATWHICHNORMALIZINGWILLALLOWTHEPLATETOOFFERFINEANDUNIRMGRAIN，PEARLITEREPLACINGABNORMALSEGREGATIONBAND，LAMINATIONFREEFRACTUREANDOBVIOUSLYIMPROVEDTOUGHNESSKEYWORDSNORMALIZING；SHIPBUILDINGPLATE；LAMINATION；ABNORMALSEGREGATIONBAND近年来船舶大型化、高速化和深海油气田的开发，不但为高强度船板钢提供了巨大市场，同时也对其强韧性能提出了更高要求J。船板钢分层缺陷严重影响了钢板合格率，降级给钢铁企业，造成了较大经济损失，已引起国内外学者的广泛关注4。分层缺陷造成钢板力学性能各向异性，特别是厚度方向的力学性能恶化，导致钢板Z向性能降低，易发生层状撕裂J。相关研究表明，成分偏析、夹杂物和疏松及组织缺陷等均呈平行于钢板表面的片状结构。降低厚度方向的抗拉强度和断裂韧度，是形成分层缺陷的内在因素。目前降低船板钢分层缺陷的研究主要集中于改善炼钢和连铸工艺，且已取得广泛共识_，然而更有效改善热轧后船板钢分层缺陷的方法却是对成品板的热处理，这不但可以有效降低船板钢的降级改收稿日期20121009作者简介孔冠宏1972一，女，硕士，高级工程师，主要从事钢铁产品质量控制及信息管理工作。联系电EMAILKONGGH72163CORN。通讯作者冯锐1986一，男，博士研究生，主要从事高强度钢组织性能的研究工作。联系电EMAILFENGRUI1986163TOM。30热处理2013年第28卷第6期判率，而且显著提高经济效益。刘年富等人对D36船板钢热轧态和正火态分别进行力学性能试验和组织观察，认为适当的正火热处理工艺可以显著改善船板钢的韧性，获得较好的综合力学性能。邢献军等人利用TEM研究了34MN2V钢在正火热处理后VC的析出机理及对力学性能的影响，认为正火能使钢的冲击韧度显著提高，塑性得到改善而不损害强度。本文以国内外造船业需求量最大的AH36船板钢为研究对象，系统分析了正火工艺对AH36船板钢微观组织和力学性能的影响。1试验过程试验用钢为工业化生产的25MFFL厚AH36船板钢，生产工艺为两阶段控制轧制水冷工艺，连铸坯厚度270MLTL，11201180保温210240MIN，11201020进行再结晶区轧制，经18道次轧成60MLTL，总压下率为778；940850进行非再结晶区轧制，经6道次轧成最终厚度，总压下率为583；水冷，始冷温度820840CI，终冷温度610630CC，冷却速度78CS。试验用钢的主要化学成分和力学性能如表1和表2所示，力学性能检测发现热轧钢板拉伸断口中心处出现了断口分层。沿试验钢板横向切取200ITLM260MM试样，在箱式电阻炉中进行不同温度的正火热处理。本文在确定正火保温时间前提下仅研究温度变化的情况，其原因是同时考虑试样尺寸和工厂大规模生产条件下的经济性因素。保证试样心部达到要求的加热温度，确定正火热处理保温时间为60MIN。对试样加热温度分别为825、850、875、900、925CC和950，空冷。先将箱式电阻炉升温至设定温度，然后将试样放入炉内加热，等温度升至要求温度后再开始计算保温时间。用60TWE150型万能试验机、JB一300B落锤式冲击试验机、NIKONEPIPHOT300光学显微镜和SU70热场发射扫描电子显微镜对不同温度正火试验钢板进行微观组织和力学性能分析。表1试验用钢主要化学成分质量分数。TABLE1MAINCHEMICALCOMPOSITIONOFTHETESTPLATEMASSFRACTION，表2试验用钢的力学性能TABLE2MECHANICALPROPERTIESOFTHETESTPLATE2试验结果与讨论21试验钢板微观组织及断口形貌试验钢板的显微组织为铁素体珠光体，表层处铁素体晶粒细小均匀，由表层至中心处铁索体晶粒逐渐粗化，直线截点法测得试验钢板不同厚度处铁素体晶粒尺寸分别为75IJ,M、97M和116M。接近钢板中心处的珠光体逐渐显示带状分布形貌，珠光体带平均间距为40M左右。试验钢板中心处出现异常偏析带，如图1箭头所示，组织以粒状贝氏体为主，周围铁素体晶粒粗大。粒状贝氏体组织与铁素体、珠光体组织相比，强度较高，而韧性较低，在同样的拉应力条件下有先断裂的趋势，微小裂纹更容易在贝氏体组织中，或在贝氏体组织和基体之间形成和扩展，最终导致了钢板中心处的断口分层。图1试验钢板中心处微观组织FIG1MICROSTLUETUREATTHECENTEROFTHETESTPLATE试验钢板拉伸断口呈现典型的分层开裂形貌，分层部位A区域位于钢板中心处，与异常偏析带位置重合，分层台阶上还观察到了脆性解理裂纹，如图2所示。B区域位于A区域两侧，为典型的韧窝形貌，表现出良好的塑韧性能。图3所示为试验钢板中心厚度处冲击断口形貌，同样表现出“分层”形貌，断口放射区中心存在明显的解理台阶，台阶上为扇形花样，并且台阶之间存在明显裂纹A区域，其两侧为韧窝形貌B区域，韧窝呈等轴状且大小较为均匀，个别韧窝底部有球形第二相粒子。因此，贝氏体异常偏析带作为一种缺陷组织，导致AH36热处理2013年第28卷第6期31图9试验钢板900正火后冲击断口形貌FIG9IMPACTFRACTUREMORPHOLOGYOFTHETESTPLATEAFTERNORMALIZEDAT900正火处理使试验钢板完全奥氏体化，C、MN等易偏析元素通过扩散减轻偏析，但随着正火温度的提高，元素扩散速度加快，奥氏体晶粒长大。因此，选择合理的正火温度对改善分层缺陷，保持良好强韧性能十分重要。经900正火处理后，AH36船板钢各厚度处铁素体晶粒细小均匀，基本为等轴晶，粒状贝氏体异常偏析带明显改善，基本为珠光体；当正火温度高于900OC时，由于加热温度过高，奥氏体晶粒急剧长大，并导致最终的铁素体晶粒粗化且出现了一定数量的魏氏组织，恶化了试验钢板的力学性能。3结论AH36船板钢随正火温度逐渐升高，屈服强度和抗拉强度有所降低，断后伸长率和冲击韧度呈现先升后降的趋势，力学性能的变化与位错密度和晶粒尺寸密切相关。试验钢板的最佳正火处理温度为900OC，经900OC正火处理后钢板晶粒细小均匀，异常偏析带完全被珠光体替代，断口分层现象消失，塑韧性显著改善。参考文献I东涛我国船体用钢生产现状及持续发展对策J轧钢，2010，27246492NOHINGAE，ARSENAUHR，BOLDUCMINCREASEDACCURACYOFSHPBTESTAPPARATUSTOBETTEREVALUATENAVALSTEELSJPROCEDIAENGINEERING，20LL，10226822733POZUELOM，CARRENOF，RUANOOADELAMINATIONEFFECTONTHEIMPACTTOUGHNESSOFANULTRAHI【GHCARBONMILDSTEELLAMINATECOMPOSITEJCOMPOSITESSCIENCEANDTECHNOLOGY，2006，6615267126764付勇涛，刘武群，朱玉秀，等10CRNICU钢拉力分层原因分析34。热处理2013J钢铁研究，2008，362475O5李艳梅，朱伏先，崔风平，等中厚钢板分层缺陷的形成机制分析J东北大学学报自然科学版，2007，287100210056姜锡山，赵晗钢铁显微断口速查手册【M北京机械工业出版社，20104134167HUBERTPREBLINGER，SERGIUILIE，PETERREISINGER，ETA1METHODSFORASSESSMENTOFSLABCENTRESEGREGATIONASATOOLTOCONTROLSLABCONTINUOUSCASTINGWITHSOFTREDUCTIONJISIJINTERNATIONAL，2006，461218451847F8饶添荣，李杰，成国光，等DH36高强度船板拉伸断口分离缺陷分析J钢铁研究，2010，38121239胡诗超，曾辑，顾宇伟，等E36级船板钢正火工艺的研究J金属热处理，2010，351636610王根矶，杜海军，赵德文，等Q390低合金高强钢厚板热处理工艺J金属热处理，2009，34785罐911刘年富，廖美华，孙昌裔正火工艺对船板钢性能影响的初步研究J热处理技术与装备，2009，3O4363812邢献军，金巨年34MN2V钢在正火条件下钒碳化物的析出机理及其对力学性能的影响J理化检验一物理分册，1996，326262813SMITHA，KRUGERSE，SIETSMAJ，ETA1LASERULTRASONICMONITORINGOFFERRITERECOVERYINULTRALOWCARBONSTEELJMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGA，2007，4581239140114SANGYONGSHIN，SEUNGYOUBHAN，BYOUNGCHULHWANG，ETA1EFFECTSOFCUANDBADDITIONOFFMICROSTRUCTUREANDME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