熱軋F(tuán)H550級超高強(qiáng)度鋼的組織性能分析

船體結(jié)構(gòu)用鋼,是指按照船級社建造規(guī)范要求生產(chǎn)的用于制造船體結(jié)構(gòu)的鋼材,一般包括船板、型鋼等。船體結(jié)構(gòu)用鋼要具有較高的強(qiáng)度,較好的韌性,以及工藝的適應(yīng)性和抗海水腐蝕的能力。早期的船板多用碳素鋼,通過碳含量的增加來提高強(qiáng)度,20世紀(jì)50年代后使用調(diào)質(zhì)處理的鎳鉻鉬系合金元素為主的550MPa級的HY-80鋼,后又研制成功了660MPa級的HY-100鋼。20世紀(jì)80年代后美國提出了HSLA(high strength low alloys)艦船用鋼的發(fā)展計(jì)劃。首先開發(fā)出HSLA-80,后又開發(fā)出一種超低碳高強(qiáng)度的HSLA-100。當(dāng)今船板鋼生產(chǎn)廠家多采用化學(xué)成分“低碳、高錳、微合金化”的設(shè)計(jì)思路。

低碳低合金鋼不但具有較高的強(qiáng)度,同時(shí)又具有較低的沖擊轉(zhuǎn)變溫度、優(yōu)良的焊接性能,而且這些優(yōu)良的綜合力學(xué)性能在控軋狀態(tài)下即可獲得??剀埧乩涔に嚲哂泄?jié)約能耗、簡化生產(chǎn)工序、提高鋼材綜合力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn),所以國內(nèi)外生產(chǎn)高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼板均采用TMCP(熱機(jī)械軋制)工藝。

目前國內(nèi)船用鋼板60%以上的品種為A、B級別,高強(qiáng)度鋼從AH32到FH40都有應(yīng)用,但是比例最大的還是AH級別。鞍鋼開發(fā)出了FH550、EH550和超高強(qiáng)度船板AH690。FH550是一種超高強(qiáng)度船板用鋼,為低碳貝氏體鋼,室溫組織為針狀鐵素體。本文主要對FH550船板鋼進(jìn)行了軋制試驗(yàn),為確定合理的控制軋制和控制冷卻制度奠定基礎(chǔ),重點(diǎn)考慮TMCP工藝和回火制度對該鋼種組織和力學(xué)性能的影響。

FH550船板鋼的成分和軋制工藝參數(shù)見表1。采用TMCP生產(chǎn)工藝,板坯厚80mm,成品厚16mm,中間坯厚45mm。根據(jù)軋機(jī)能力、加熱能力及冷卻能力,設(shè)定加熱溫度1200℃。將鋼板的軋制分為兩個階段進(jìn)行,前三道次為高溫階段軋制,保持在1120℃以上,目的是通過軋制道次間的反復(fù)再結(jié)晶充分細(xì)化奧氏體組織。后五道次為低溫階段軋制,軋制溫度在880℃以下,目的是通過未再結(jié)晶區(qū)內(nèi)的變形,使相變的形核位置增加??刂撇煌慕K軋溫度,軋后冷卻到502℃。對熱軋后的鋼板進(jìn)行力學(xué)性能測試、顯微組織觀察和斷口分析,然后在鋼板的不同位置取6個樣品分別加熱到400、450、500、550、600和650℃進(jìn)行回火處理,對處理后的樣品分別進(jìn)行硬度測試、組織觀察和力學(xué)性能測試。

FH550級船板鋼軋制后屈服強(qiáng)度為580~590MPa,伸長率為22%~24%,強(qiáng)度和塑性都達(dá)到了船級社的要求。FH550級船板鋼的軋態(tài)組織主要為針狀鐵素體和少量粒狀貝氏體,鋼板1/2寬度處有少量的珠光體。在回火過程中隨著溫度的升高,位錯密度降低,晶粒尺寸變大。兩階段軋制后,F(xiàn)H550鋼板1/4寬度處的低溫韌性較好,韌脆轉(zhuǎn)變溫度較低,組織主要為針狀鐵素體,沖擊斷口為韌性斷口;鋼板1/2寬度處的低溫韌性較差,組織主要為針狀鐵素體和珠光體,沖擊斷口為解理斷口。

回火后FH550級船板鋼性能明顯發(fā)生變化,隨回火溫度的升高,鋼的硬度先降低后升高,600℃回火時(shí)得到最高的硬度和屈服強(qiáng)度,600℃以上回火時(shí),鋼的硬度和屈服強(qiáng)度均有所下降?;鼗鸷箐摰臎_擊韌度與軋態(tài)相比有所下降。故在550~600℃回火,可以獲得良好的綜合性能。