超高强度船板六个工艺开发试验

超高强度船板六个工艺开发试验

0低碳热处理工艺路线比选随着我国造船技术的发展，高强度船板得到广泛应用，所有钢钢开始开发和认证高标准船板。超高强度船板不仅要求高强度、高韧性,而且要求良好的焊接性能。因此在成分和工艺路线设计上,湘钢采用低碳成分,添加Mo、Ni、Cu等合金元素与Nb、V、Ti微合金元素,降低碳当量和焊接冷裂纹敏感指数,采用TMCP+回火工艺路线。相对于调质而言,热处理工艺简单、工序时间较短,在成本、交货期、能耗上具有优势,适于工厂化大批量生产。本文对湘钢采用TMCP及TMCP+回火工艺开发的超高强度船板E690的力学性能和断口进行分析,为推动工业化生产提供必要的技术指导。1辊底式回炉工艺试样材料为湘钢新开发的超高强度E690船板,化学成分如表1所示。采用铁水-120t顶底复吹转炉→LF炉精炼→VD炉真空处理→连铸生产工艺,以获得良好的钢水纯净度。试验钢的轧制在湘钢3800mm四辊轧机上进行,可以实现粗轧大压下,主要控制参数:加热温度1200℃,轧制温度800～1100℃,返红温度380～550℃。辊底式回火炉工艺参数:回火温度550℃,保温时间70min。对回火前和回火后钢板分别取样,利用Imager.D1m金相显微镜对试验钢微观组织进行了分析,分别利用zwick/roellZ600拉伸试验机和NCSNI500冲击试验机对试验钢进行了拉伸和冲击试验,其中冲击试样尺寸为10mm×55mm×10mm,冲击试验温度为-40℃,并利用JSM-6490LV扫描电子显微镜对冲击功断口进行了观察。2结果与讨论2.1状贝氏体+制度图1(a)为试验钢回火前在800倍光学显微镜下的金相组织,为细小的粒状贝氏体+针状铁素体+M/A组元,M/A组元呈岛状或条状分布在贝氏体铁素体基体上或晶界处。图1(b)为回火后的金相组织,可以看出,550℃回火后这些M/A组元发生了分解,主要产物为细小的退化珠光体和碳化物。2.2配方2:2表2为试验钢回火前后的拉伸性能对比。从表2可见,550℃回火前后,试验钢的屈服强度、抗拉强度及伸长率均无明显变化。但回火前拉伸试验应力-应变曲线上无明显屈服平台,而550℃回火后,应力-应变曲线上有屈服平台。从试验数据可以看出,回火后强度不仅没有降低,反而略有上升,这是由于回火过程中ε-Cu的大量析出引起第二相析出强化,可很好地弥补回火造成的强度降低,从而保证了试验钢的强度。2.3生产工艺对冲击韧性的影响常规低温冲击只能得到冲击总功,而采用示波冲击试验可以将总功分解为裂纹形成功和裂纹扩展功,更好地评价材料的韧性。裂纹扩展功大于裂纹形成功时,表现为裂纹扩展缓慢,有较好的韧性。表3为试验钢不同生产工艺下的低温示波冲击试验结果。可以看出:无论回火前后,试验钢均具有较高的冲击吸收功;回火前后裂纹形成功Ej数值接近,但回火后裂纹扩展功Ep明显下降,其在总冲击吸收功中所占比例也明显降低。图2所示为不同生产工艺下试验钢的冲击载荷-位移曲线。可以看出:回火前和回火后横向冲击的载荷-位移曲线均在相近位移处达到载荷最大值Fm,且Fm接近,即两者具有相近的裂纹形成功;回火前的横向冲击曲线在达到最大载荷后,Fm下降趋势比较缓慢,回火后横向冲击曲线在达到Fm后则快速下降,表明回火后裂纹扩展功比回火前差;回火前后的纵向冲击载荷-位移曲线也表现出同样的特征。但裂纹扩展功却有明显的差异。2.4利益格局变化的微观断裂模式图3为冲击试验断口的SEM照片。可以看出,回火前后冲击试样均发生明显的塑性变形;回火前裂纹扩展区微观断裂特征主要为韧窝,而回火后裂纹扩展区微观断裂特征为韧窝+准解理,即断裂模式由回火前的韧性断裂转变为回火后的韧脆混合断裂。从宏观形貌上看,回火后裂纹扩展区可看到明显的沿轧制带状组织的撕裂特征。2.5m/a组元的韧性从强度分析结果来看,回火后强度变化不大,这主要归功于ε-Cu的大量析出。回火过程中同时发生组织软化和Cu的析出强化,钢的强度变化是这两种因素共同作用的结果。随着回火过程的进行,位错密度降低,基体组织软化;与此同时,Cu在位错线和贝氏体铁素体上形成细小的析出物,产生强烈的沉淀强化。然而,Cu的大量析出也会对韧性产生一定的伤害。一般研究认为,M/A组元为硬而脆的相,是对韧性不利的一种组织。然而本试验中,由于试验钢成分设计中加入大量的Cu+Ni元素,而这两种元素会极大地提高奥氏体的稳定性,使得相变后M/A组元中马氏体相变很难进行。由于M/A组元硬化行为受阻,其对韧性不利的一面也受到抑制,冲击试验结果以及断口观察也证实试验钢轧制态具有优异的韧性。550℃回火后,M/A组元发生了分解。从金相照片可以看出,M/A组元的分解产物为退化珠光体或碳化物,而碳化物为脆性相,在冲击过程中,脆性相周围将发生明显的应力集中,从而引发微裂纹,是对韧性不利的一种组织。3冲击韧性试验(1)采用Mo-Ni-Cu-Nb系成分设计,通过TMCP+550℃回火工艺生产的超高强度船板,屈服强度达到700MPa,-40℃冲击功达到200J以上。(2)试验钢采用550℃回火后,强度不降反而略有上