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船体结构用钢,是指按照船级社建造规范要求生产的用于制造船体结构的钢材,一般包括船板、型钢等。船体结构用钢要具有较高的强度,较好的韧性,以及工艺的适应性和抗海水腐蚀的能力。早期的船板多用碳素钢,通过碳含量的增加来提高强度,20世纪50年代后使用调质处理的镍铬钼系合金元素为主的 550MPa级的HY-80钢,后又研制成功了660MPa级的HY-100钢。20世纪80年代后美国提出了HSLA(high strength low alloys)舰船用钢的发展计划。首先开发出HSLA-80,后又开发出一种超低碳高强度的HSLA-100。当今船板钢生产厂家多采用化学成分“低碳、高锰、微合金化”的设计思路。
低碳低合金钢不但具有较高的强度,同时又具有较低的冲击转变温度、优良的焊接性能,而且这些优良的综合力学性能在控轧状态下即可获得。控轧控冷工艺具有节约能耗、简化生产工序、提高钢材综合力学性能等优点,所以国内外生产高强度船体结构用钢板均采用TMCP(热机械轧制)工艺。
目前国内船用钢板60%以上的品种为A、B级别,高强度钢从AH32到FH40都有应用,但是比例最大的还是AH级别。鞍钢开发出了FH550、 EH550和超高强度船板AH690。FH550是一种超高强度船板用钢,为低碳贝氏体钢,室温组织为针状铁素体。本文主要对FH550船板钢进行了轧制试验,为确定合理的控制轧制和控制冷却制度奠定基础,重点考虑TMCP工艺和回火制度对该钢种组织和力学性能的影响。
FH550船板钢的成分和轧制工艺参数见表1。采用TMCP生产工艺,板坯厚80mm,成品厚16mm,中间坯厚45mm。根据轧机能力、加热能力及冷却能力,设定加热温度1200℃。将钢板的轧制分为两个阶段进行,前三道次为高温阶段轧制,保持在1120℃以上,目的是通过轧制道次间的反复再结晶充分细化奥氏体组织。后五道次为低温阶段轧制,轧制温度在880℃以下,目的是通过未再结晶区内的变形,使相变的形核位置增加。控制不同的终轧温度,轧后冷却到502℃。对热轧后的钢板进行力学性能测试、显微组织观察和断口分析,然后在钢板的不同位置取6个样品分别加热到400、450、500、550、 600和650℃进行回火处理,对处理后的样品分别进行硬度测试、组织观察和力学性能测试。
表1 FH500 船板钢的化学成分(质量分数,%)和轧制工艺参数
C
|
Si
|
Mn
|
S
|
P
|
Als
|
Nb
|
V
|
Cr
|
Ni
|
Ti
|
0.08
|
0.26
|
1.38
|
0.004
|
0.013
|
0.037
|
0.025
|
0.03
|
0.3
|
0.2
|
0.015
|
加热温度
|
粗轧终轧温度
|
终轧温度
|
终轧厚度
|
开冷温度
|
终冷温度
|
|||||
1200℃
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≥1120℃
|
810℃
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16mm
|
766℃
|
502℃
|
FH550级船板钢轧制后屈服强度为580~590MPa,伸长率为22%~24%,强度和塑性都达到了船级社的要求。FH550级船板钢的轧态组织主要为针状铁素体和少量粒状贝氏体,钢板1/2宽度处有少量的珠光体。在回火过程中随着温度的升高,位错密度降低,晶粒尺寸变大。两阶段轧制后,FH550钢板1/4宽度处的低温韧性较好,韧脆转变温度较低,组织主要为针状铁素体,冲击断口为韧性断口;钢板1/2宽度处的低温韧性较差,组织主要为针状铁素体和珠光体,冲击断口为解理断口。
回火后FH550级船板钢性能明显发生变化,随回火温度的升高,钢的硬度先降低后升高,600℃回火时得到最高的硬度和屈服强度,600℃以上回火时,钢的硬度和屈服强度均有所下降。回火后钢的冲击韧度与轧态相比有所下降。故在550~600℃回火,可以获得良好的综合性能。
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