超高強(qiáng)度船板六個(gè)工藝開發(fā)試驗(yàn)

0低碳熱處理工藝路線比選隨著我國(guó)造船技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)度船板得到廣泛應(yīng)用，所有鋼鋼開始開發(fā)和認(rèn)證高標(biāo)準(zhǔn)船板。超高強(qiáng)度船板不僅要求高強(qiáng)度、高韌性,而且要求良好的焊接性能。因此在成分和工藝路線設(shè)計(jì)上,湘鋼采用低碳成分,添加Mo、Ni、Cu等合金元素與Nb、V、Ti微合金元素,降低碳當(dāng)量和焊接冷裂紋敏感指數(shù),采用TMCP+回火工藝路線。相對(duì)于調(diào)質(zhì)而言,熱處理工藝簡(jiǎn)單、工序時(shí)間較短,在成本、交貨期、能耗上具有優(yōu)勢(shì),適于工廠化大批量生產(chǎn)。本文對(duì)湘鋼采用TMCP及TMCP+回火工藝開發(fā)的超高強(qiáng)度船板E690的力學(xué)性能和斷口進(jìn)行分析,為推動(dòng)工業(yè)化生產(chǎn)提供必要的技術(shù)指導(dǎo)。1輥底式回爐工藝試樣材料為湘鋼新開發(fā)的超高強(qiáng)度E690船板,化學(xué)成分如表1所示。采用鐵水-120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF爐精煉→VD爐真空處理→連鑄生產(chǎn)工藝,以獲得良好的鋼水純凈度。試驗(yàn)鋼的軋制在湘鋼3800mm四輥軋機(jī)上進(jìn)行,可以實(shí)現(xiàn)粗軋大壓下,主要控制參數(shù):加熱溫度1200℃,軋制溫度800～1100℃,返紅溫度380～550℃。輥底式回火爐工藝參數(shù):回火溫度550℃,保溫時(shí)間70min。對(duì)回火前和回火后鋼板分別取樣,利用Imager.D1m金相顯微鏡對(duì)試驗(yàn)鋼微觀組織進(jìn)行了分析,分別利用zwick/roellZ600拉伸試驗(yàn)機(jī)和NCSNI500沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行了拉伸和沖擊試驗(yàn),其中沖擊試樣尺寸為10mm×55mm×10mm,沖擊試驗(yàn)溫度為-40℃,并利用JSM-6490LV掃描電子顯微鏡對(duì)沖擊功斷口進(jìn)行了觀察。2結(jié)果與討論2.1狀貝氏體+制度圖1(a)為試驗(yàn)鋼回火前在800倍光學(xué)顯微鏡下的金相組織,為細(xì)小的粒狀貝氏體+針狀鐵素體+M/A組元,M/A組元呈島狀或條狀分布在貝氏體鐵素體基體上或晶界處。圖1(b)為回火后的金相組織,可以看出,550℃回火后這些M/A組元發(fā)生了分解,主要產(chǎn)物為細(xì)小的退化珠光體和碳化物。2.2配方2:2表2為試驗(yàn)鋼回火前后的拉伸性能對(duì)比。從表2可見,550℃回火前后,試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率均無明顯變化。但回火前拉伸試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線上無明顯屈服平臺(tái),而550℃回火后,應(yīng)力-應(yīng)變曲線上有屈服平臺(tái)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,回火后強(qiáng)度不僅沒有降低,反而略有上升,這是由于回火過程中ε-Cu的大量析出引起第二相析出強(qiáng)化,可很好地彌補(bǔ)回火造成的強(qiáng)度降低,從而保證了試驗(yàn)鋼的強(qiáng)度。2.3生產(chǎn)工藝對(duì)沖擊韌性的影響常規(guī)低溫沖擊只能得到?jīng)_擊總功,而采用示波沖擊試驗(yàn)可以將總功分解為裂紋形成功和裂紋擴(kuò)展功,更好地評(píng)價(jià)材料的韌性。裂紋擴(kuò)展功大于裂紋形成功時(shí),表現(xiàn)為裂紋擴(kuò)展緩慢,有較好的韌性。表3為試驗(yàn)鋼不同生產(chǎn)工藝下的低溫示波沖擊試驗(yàn)結(jié)果。可以看出:無論回火前后,試驗(yàn)鋼均具有較高的沖擊吸收功;回火前后裂紋形成功Ej數(shù)值接近,但回火后裂紋擴(kuò)展功Ep明顯下降,其在總沖擊吸收功中所占比例也明顯降低。圖2所示為不同生產(chǎn)工藝下試驗(yàn)鋼的沖擊載荷-位移曲線。可以看出:回火前和回火后橫向沖擊的載荷-位移曲線均在相近位移處達(dá)到載荷最大值Fm,且Fm接近,即兩者具有相近的裂紋形成功;回火前的橫向沖擊曲線在達(dá)到最大載荷后,Fm下降趨勢(shì)比較緩慢,回火后橫向沖擊曲線在達(dá)到Fm后則快速下降,表明回火后裂紋擴(kuò)展功比回火前差;回火前后的縱向沖擊載荷-位移曲線也表現(xiàn)出同樣的特征。但裂紋擴(kuò)展功卻有明顯的差異。2.4利益格局變化的微觀斷裂模式圖3為沖擊試驗(yàn)斷口的SEM照片。可以看出,回火前后沖擊試樣均發(fā)生明顯的塑性變形;回火前裂紋擴(kuò)展區(qū)微觀斷裂特征主要為韌窩,而回火后裂紋擴(kuò)展區(qū)微觀斷裂特征為韌窩+準(zhǔn)解理,即斷裂模式由回火前的韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鸷蟮捻g脆混合斷裂。從宏觀形貌上看,回火后裂紋擴(kuò)展區(qū)可看到明顯的沿軋制帶狀組織的撕裂特征。2.5m/a組元的韌性從強(qiáng)度分析結(jié)果來看,回火后強(qiáng)度變化不大,這主要?dú)w功于ε-Cu的大量析出。回火過程中同時(shí)發(fā)生組織軟化和Cu的析出強(qiáng)化,鋼的強(qiáng)度變化是這兩種因素共同作用的結(jié)果。隨著回火過程的進(jìn)行,位錯(cuò)密度降低,基體組織軟化;與此同時(shí),Cu在位錯(cuò)線和貝氏體鐵素體上形成細(xì)小的析出物,產(chǎn)生強(qiáng)烈的沉淀強(qiáng)化。然而,Cu的大量析出也會(huì)對(duì)韌性產(chǎn)生一定的傷害。一般研究認(rèn)為,M/A組元為硬而脆的相,是對(duì)韌性不利的一種組織。然而本試驗(yàn)中,由于試驗(yàn)鋼成分設(shè)計(jì)中加入大量的Cu+Ni元素,而這兩種元素會(huì)極大地提高奧氏體的穩(wěn)定性,使得相變后M/A組元中馬氏體相變很難進(jìn)行。由于M/A組元硬化行為受阻,其對(duì)韌性不利的一面也受到抑制,沖擊試驗(yàn)結(jié)果以及斷口觀察也證實(shí)試驗(yàn)鋼軋制態(tài)具有優(yōu)異的韌性。550℃回火后,M/A組元發(fā)生了分解。從金相照片可以看出,M/A組元的分解產(chǎn)物為退化珠光體或碳化物,而碳化物為脆性相,在沖擊過程中,脆性相周圍將發(fā)生明顯的應(yīng)力集中,從而引發(fā)微裂紋,是對(duì)韌性不利的一種組織。3沖擊韌性試驗(yàn)(1)采用Mo-Ni-Cu-Nb系成分設(shè)計(jì),通過TMCP+550℃回火工藝生產(chǎn)的超高強(qiáng)度船板,屈服強(qiáng)度達(dá)到700MPa,-40℃沖擊功達(dá)到200J以上。(2)試驗(yàn)鋼采用550℃回火后,強(qiáng)度不降反而略有上