超高強度船板六個工藝開發(fā)試驗

0低碳熱處理工藝路線比選隨著我國造船技術(shù)的發(fā)展，高強度船板得到廣泛應(yīng)用，所有鋼鋼開始開發(fā)和認(rèn)證高標(biāo)準(zhǔn)船板。超高強度船板不僅要求高強度、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。相對于調(diào)質(zhì)而言,熱處理工藝簡單、工序時間較短,在成本、交貨期、能耗上具有優(yōu)勢,適于工廠化大批量生產(chǎn)。本文對湘鋼采用TMCP及TMCP+回火工藝開發(fā)的超高強度船板E690的力學(xué)性能和斷口進行分析,為推動工業(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。試驗鋼的軋制在湘鋼3800mm四輥軋機上進行,可以實現(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℃,保溫時間70min。對回火前和回火后鋼板分別取樣,利用Imager.D1m金相顯微鏡對試驗鋼微觀組織進行了分析,分別利用zwick/roellZ600拉伸試驗機和NCSNI500沖擊試驗機對試驗鋼進行了拉伸和沖擊試驗,其中沖擊試樣尺寸為10mm×55mm×10mm,沖擊試驗溫度為-40℃,并利用JSM-6490LV掃描電子顯微鏡對沖擊功斷口進行了觀察。2結(jié)果與討論2.1狀貝氏體+制度圖1(a)為試驗鋼回火前在800倍光學(xué)顯微鏡下的金相組織,為細小的粒狀貝氏體+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)物為細小的退化珠光體和碳化物。2.2配方2:2表2為試驗鋼回火前后的拉伸性能對比。從表2可見,550℃回火前后,試驗鋼的屈服強度、抗拉強度及伸長率均無明顯變化。但回火前拉伸試驗應(yīng)力-應(yīng)變曲線上無明顯屈服平臺,而550℃回火后,應(yīng)力-應(yīng)變曲線上有屈服平臺。從試驗數(shù)據(jù)可以看出,回火后強度不僅沒有降低,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化,可很好地彌補回火造成的強度降低,從而保證了試驗鋼的強度。2.3生產(chǎn)工藝對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可以將總功分解為裂紋形成功和裂紋擴展功,更好地評價材料的韌性。裂紋擴展功大于裂紋形成功時,表現(xiàn)為裂紋擴展緩慢,有較好的韌性。表3為試驗鋼不同生產(chǎn)工藝下的低溫示波沖擊試驗結(jié)果。可以看出:無論回火前后,試驗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到最大載荷后,Fm下降趨勢比較緩慢,回火后橫向沖擊曲線在達到Fm后則快速下降,表明回火后裂紋擴展功比回火前差;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;回火前裂紋擴展區(qū)微觀斷裂特征主要為韌窩,而回火后裂紋擴展區(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組元的韌性從強度分析結(jié)果來看,回火后強度變化不大,這主要歸功于ε-Cu的大量析出。回火過程中同時發(fā)生組織軟化和Cu的析出強化,鋼的強度變化是這兩種因素共同作用的結(jié)果。隨著回火過程的進行,位錯密度降低,基體組織軟化;與此同時,Cu在位錯線和貝氏體鐵素體上形成細小的析出物,產(chǎn)生強烈的沉淀強化。然而,Cu的大量析出也會對韌性產(chǎn)生一定的傷害。一般研究認(rèn)為,M/A組元為硬而脆的相,是對韌性不利的一種組織。然而本試驗中,由于試驗鋼成分設(shè)計中加入大量的Cu+Ni元素,而這兩種元素會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行。由于M/A組元硬化行為受阻,其對韌性不利的一面也受到抑制,沖擊試驗結(jié)果以及斷口觀察也證實試驗鋼軋制態(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,是對韌性不利的一種組織。3沖擊韌性試驗(1)采用Mo-Ni-Cu-Nb系成分設(shè)計,通過TMCP+550℃回火工藝生產(chǎn)的超高強度船板,屈服強度達到700MPa,-40℃沖擊功達到200J以上。(2)試驗鋼采用550℃回火后,強度不降反而略有上