摘 要:對(duì)兩種精煉工藝生產(chǎn)的厚５０mm 及２０mm 規(guī)格的 B鋼船板的化學(xué)成分、拉伸性能、沖擊 性能、厚度方向性能及顯微組織等進(jìn)行了對(duì)比,并分析了其是否滿足船級(jí)社的規(guī)范要求.結(jié)果表明: 兩種精煉工藝生產(chǎn)B鋼船板的各項(xiàng)性能均滿足船級(jí)社的規(guī)范要求,生產(chǎn)無(wú)厚度方向性能要求的 B鋼 船板時(shí)可使用LATS 精煉工藝,生產(chǎn)有厚度方向性能要求的B鋼船板時(shí)可使用LF＋RH 精煉工藝.

關(guān)鍵詞:精煉工藝;船級(jí)社認(rèn)證;顯微組織;力學(xué)性能

中圖分類號(hào):TF７６９．２ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１８)１１Ｇ０７９４Ｇ０５

申請(qǐng) B鋼船板的船級(jí)社認(rèn)證時(shí),若附加厚度方 向上的 BＧZ３５認(rèn)證,此時(shí)由于要求硫元素質(zhì)量分?jǐn)?shù) wS≤０．００５％,B鋼船板會(huì)選擇 LadleFurnace電弧 爐(LF)＋RuhrstahlHeraeus真 空 循 環(huán) 脫 氣 精 煉 (RH)的精煉工藝;而無(wú)厚度方向要求時(shí),B鋼船板 會(huì)選擇 LadleAlloyTreatmentStation鋼包合金處 理站(LATS)的精煉工藝.船級(jí)社規(guī)定,鋼廠進(jìn)行 大批量船板生產(chǎn)時(shí)的生產(chǎn)工藝必須與認(rèn)證時(shí)的相 同,因此在進(jìn)行 B鋼船板認(rèn)證時(shí)對(duì)兩種精煉工藝生 產(chǎn)的船板都需要進(jìn)行認(rèn)證,即 LF＋RH 和 LATS精 煉工藝都需要進(jìn)行認(rèn)證.

筆者通過(guò)對(duì)兩種精煉工藝生產(chǎn)的 B 鋼船板進(jìn) 行化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)等理化檢 驗(yàn),分析在生產(chǎn)無(wú)厚度方向性能要求的 B鋼船板時(shí)選擇 LATS精煉工序,以及生產(chǎn)有厚度方向性能要 求的 B鋼船板時(shí)選擇 LF＋RH 精煉工藝是否可行.

１ 試樣制備與試驗(yàn)方法

１．１ 試樣制備

兩種精煉工藝 各 冶 煉 ２ 爐 B 鋼,分 別 軋 制 成 ５０mm 厚度和２０mm 厚度的鋼板,試樣編號(hào)、規(guī)格 及工藝參數(shù)見(jiàn)表１.

１．２ 試驗(yàn)方法

試樣加工、試驗(yàn)及分析評(píng)價(jià)要求參照船級(jí)社規(guī) 范 要 求 DNV??GL－RulesForClassification－ Ships(２０１５)－Part２:Materialsand Welding.

２ 試驗(yàn)結(jié)果與討論

２．１ 化學(xué)成分

B鋼船板經(jīng)不同精煉工藝后其化學(xué)成分分析結(jié) 果見(jiàn)表２,可見(jiàn)所有元素的含量均滿足船級(jí)社規(guī)范 的要求,但 LF＋RH 精煉工藝下的硫元素和氮元素 含量低于 LATS精煉工藝下的.硫元素在鋼中多 以硫化物形式存在,如 FeS,MnS等,對(duì)鋼性能產(chǎn)生 以下影響:①使鋼產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象;②對(duì)鋼的力學(xué)性能 產(chǎn)生不利影響;③使鋼的焊接性能降低;④能改善易 切削鋼的切削性能;⑤使鋼的耐腐蝕性能降低.而 氮元素可以提高鋼的強(qiáng)度,但由于氮元素在鋼中的 時(shí)效作用,使鋼的塑性和韌性降低,特別是在形變時(shí) 效的情況下,塑性和韌性的降低比較顯著[１Ｇ２].

２．２ 拉伸性能

在 B 鋼 船 板 的 頭 、尾 部 取 縱 、橫 向 拉 伸 試 樣 ,按 照 船 級(jí) 社 規(guī) 范 要 求 進(jìn) 行 拉 伸 試 驗(yàn) ,５０ mm 規(guī) 格 的 B 鋼 船 板 取 其 １/４ 和 １/２ 厚 度 取 樣 , ２０ mm 規(guī) 格 的 B鋼 船 板 取 全 厚 度 試 樣 ,試 驗(yàn) 結(jié) 果 見(jiàn) 表 ３.

由表３可知,１號(hào) B鋼船板的上屈服強(qiáng)度、抗拉 強(qiáng)度明顯低于２號(hào)船板的,斷后伸長(zhǎng)率高于２號(hào)船 板的.３號(hào) B 鋼船板的上屈服強(qiáng)度低于 ４ 號(hào)船板 的,斷后伸長(zhǎng)率高于４號(hào)船板的,抗拉強(qiáng)度相差不 大.可見(jiàn)２號(hào)和４號(hào) B鋼船板的強(qiáng)度較好,說(shuō)明其 抵抗永久變形和斷裂的能力較強(qiáng);１號(hào)和３號(hào) B 鋼 船板的塑 性 較 好,說(shuō) 明 其 承 受 塑 性 變 形 的 能 力 較 強(qiáng)[３].整體來(lái)說(shuō),B 鋼船板的性能均較好地滿足了船級(jí)社的規(guī)范要求,上屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸 長(zhǎng)率均有較大富余量.

２．３ 沖擊性能

２．３．１ 常規(guī)沖擊性能

在B鋼船板的頭、尾部取縱、橫向沖擊試樣,按照 船級(jí)社規(guī)范要求進(jìn)行常規(guī)沖擊試驗(yàn),５０mm 規(guī)格的 B鋼船板取其１/４和１/２厚度試樣,２０mm 規(guī)格的 B 鋼船板取其近表面１mm 處的試樣.試驗(yàn)溫度分別為 ２０,０,－２０,－４０℃,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表４.可見(jiàn)１號(hào)和３號(hào) B鋼船板的沖擊吸收能量明顯高于２號(hào)和４號(hào)B鋼船 板的;１號(hào)和３號(hào)B鋼船板的沖擊吸收能量隨溫度下降 而降低的趨勢(shì)沒(méi)有２號(hào)和４號(hào)B鋼船板的明顯.

２．３．２ 應(yīng)變５％沖擊性能

在 B鋼船板的頭部取縱向沖擊試樣,按照船級(jí) 社規(guī)范要求進(jìn)行應(yīng)變５％沖擊試驗(yàn),５０mm 規(guī)格的 B鋼船板取其１/４和１/２厚度試樣,２０mm 規(guī)格的 B鋼船板取其近表面１ mm 處的試樣,試驗(yàn)溫度為 ２０,０,－２０ ℃,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表５.可見(jiàn)１號(hào)和３號(hào) B鋼船板在應(yīng)變５％時(shí)的沖擊性能同樣優(yōu)于２號(hào)和 ４號(hào)船板的.

２．３．３ 應(yīng)變５％＋２５０ ℃時(shí)效１h沖擊性能

在 B鋼船板的頭部取縱向沖擊試樣,按照船級(jí) 社規(guī)范要求進(jìn)行應(yīng)變５％＋２５０ ℃時(shí)效１h的沖擊 試驗(yàn),５０mm 規(guī)格的 B鋼船板取其１/４和１/２厚度 試樣,２０mm 規(guī)格的 B鋼船板取其近表面１mm 處 的試 樣,試 驗(yàn) 溫 度 為 ２０,０,－２０ ℃,試 驗(yàn) 結(jié) 果 見(jiàn) 表６.可 見(jiàn) １ 號(hào) 和 ３ 號(hào) B 鋼 船 板 在 應(yīng) 變 ５％ ＋ ２５０℃時(shí)效１h下的沖擊性能優(yōu)于２號(hào)和４號(hào)船板的.

以上３類沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明:１號(hào)和３號(hào) B 鋼 船板的韌性較好,說(shuō)明其在斷裂前吸收變形能量的 能力較強(qiáng)[４Ｇ５];所有 B 鋼船板的沖擊性能均較好地 滿足了船級(jí)社的規(guī)范要求,常規(guī)沖擊、應(yīng)變沖擊及應(yīng)變時(shí)效沖擊的沖擊吸收能量均在１００J以上,遠(yuǎn)大 于船級(jí)社規(guī)范要求的２７J.

２．４ 厚度方向性能

對(duì)需要進(jìn)行厚度方向BＧZ３５認(rèn)證的１號(hào)和３號(hào) B鋼船板的拉伸試樣進(jìn)行斷面收縮率計(jì)算,結(jié)果見(jiàn) 表７.可見(jiàn)１號(hào)和３號(hào) B鋼船板的斷面收縮率遠(yuǎn)高 于船級(jí)社的規(guī)范要求.

２．５ 顯微組織

對(duì) B鋼船板的頭、尾部取樣進(jìn)行金相檢驗(yàn),觀 察鐵素體 F的晶粒度、奧氏體 A 的晶粒度及非金屬 夾雜 物 含 量,并 根 據(jù) ASTM E１１２－１３Standard TestMethodsforDeterminingAverageGrainSize 和 ASTM E４５－０５Standard Test Methodsfor DeterminingtheInclusionContentofSteel對(duì)結(jié)果 進(jìn)行評(píng)定,評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表８.可見(jiàn)１號(hào)和３號(hào) B 鋼 船板鐵素體的晶粒度及奧氏體的晶粒度要比２號(hào)和 ４號(hào)船板的細(xì)小.１,２,３,４號(hào) B鋼船板均含有少量 氧化鋁及球狀氧化物類夾雜,４號(hào) B 鋼船板還含有 硫化物夾雜.沒(méi)有經(jīng)過(guò) LF＋RH 精煉工藝的 B 鋼 船板的顯微組織更加細(xì)小,沒(méi)有經(jīng)過(guò) LF＋RH 精煉 工藝的 B鋼船板易于存在硫化物夾雜.

３ 結(jié)論

(１)采用LF＋RH 精煉工藝生產(chǎn)的１號(hào)和３號(hào) B鋼船板的硫元素和氮元素的含量低于采用 LATS 精煉工藝生產(chǎn)的２號(hào)和４號(hào) B鋼船板的.

(２)采用LF＋RH 精煉工藝生產(chǎn)的１號(hào)和３號(hào) B鋼船板的斷后伸長(zhǎng)率較好;采用 LATS精煉工藝 生產(chǎn)的２號(hào)和４號(hào) B鋼船板的抗拉強(qiáng)度、上屈服強(qiáng) 度較好.

(３)采用LF＋RH 精煉工藝生產(chǎn)的１號(hào)和３號(hào) B鋼船板的韌性較好,沖擊吸收能量高,說(shuō)明其在斷 裂前吸收變形能量的能力較強(qiáng).

(４)采用LF＋RH 精煉工藝生產(chǎn)的１號(hào)和３號(hào) B鋼船板的鐵素體的晶粒度及奧氏體的晶粒度要比 采用 LATS精煉工藝生產(chǎn)的２號(hào)和４號(hào) B 鋼船板 的細(xì)小.

(５)LF＋RH 和 LATS兩種精煉工藝生產(chǎn)的 B 鋼船板的化學(xué)成分、力學(xué)性能均較好地滿足了船級(jí) 社的規(guī)范要求,且富余量很大.因此,生產(chǎn)無(wú)厚度方 向性能要求的 B鋼船板時(shí)選擇 LATS精煉工藝、生 產(chǎn)有厚度方向性 能 要 求 的 B 鋼 船 板 時(shí) 選 擇 LF＋ RH 精煉工藝是可行的.

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