摘 要:對兩種精煉工藝生產(chǎn)的厚５０mm 及２０mm 規(guī)格的 B鋼船板的化學成分、拉伸性能、沖擊 性能、厚度方向性能及顯微組織等進行了對比,并分析了其是否滿足船級社的規(guī)范要求.結(jié)果表明: 兩種精煉工藝生產(chǎn)B鋼船板的各項性能均滿足船級社的規(guī)范要求,生產(chǎn)無厚度方向性能要求的 B鋼 船板時可使用LATS 精煉工藝,生產(chǎn)有厚度方向性能要求的B鋼船板時可使用LF＋RH 精煉工藝.

關鍵詞:精煉工藝;船級社認證;顯微組織;力學性能

中圖分類號:TF７６９．２ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１８)１１Ｇ０７９４Ｇ０５

申請 B鋼船板的船級社認證時,若附加厚度方 向上的 BＧZ３５認證,此時由于要求硫元素質(zhì)量分數(shù) wS≤０．００５％,B鋼船板會選擇 LadleFurnace電弧 爐(LF)＋RuhrstahlHeraeus真 空 循 環(huán) 脫 氣 精 煉 (RH)的精煉工藝;而無厚度方向要求時,B鋼船板 會選擇 LadleAlloyTreatmentStation鋼包合金處 理站(LATS)的精煉工藝.船級社規(guī)定,鋼廠進行 大批量船板生產(chǎn)時的生產(chǎn)工藝必須與認證時的相 同,因此在進行 B鋼船板認證時對兩種精煉工藝生 產(chǎn)的船板都需要進行認證,即 LF＋RH 和 LATS精 煉工藝都需要進行認證.

筆者通過對兩種精煉工藝生產(chǎn)的 B 鋼船板進 行化學成分分析、力學性能試驗、金相檢驗等理化檢 驗,分析在生產(chǎn)無厚度方向性能要求的 B鋼船板時選擇 LATS精煉工序,以及生產(chǎn)有厚度方向性能要 求的 B鋼船板時選擇 LF＋RH 精煉工藝是否可行.

１ 試樣制備與試驗方法

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、規(guī)格 及工藝參數(shù)見表１.

１．２ 試驗方法

試樣加工、試驗及分析評價要求參照船級社規(guī) 范 要 求 DNV??GL－RulesForClassification－ Ships(２０１５)－Part２:Materialsand Welding.

２ 試驗結(jié)果與討論

２．１ 化學成分

B鋼船板經(jīng)不同精煉工藝后其化學成分分析結(jié) 果見表２,可見所有元素的含量均滿足船級社規(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,對鋼性能產(chǎn)生 以下影響:①使鋼產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象;②對鋼的力學性能 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度,但由于氮元素在鋼中的 時效作用,使鋼的塑性和韌性降低,特別是在形變時 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 社 規(guī) 范 要 求 進 行 拉 伸 試 驗 ,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 結(jié) 果 見 表 ３.

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

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 船級社規(guī)范要求進行常規(guī)沖擊試驗,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.試驗溫度分別為 ２０,０,－２０,－４０℃,試驗結(jié)果見表４.可見１號和３號 B鋼船板的沖擊吸收能量明顯高于２號和４號B鋼船 板的;１號和３號B鋼船板的沖擊吸收能量隨溫度下降 而降低的趨勢沒有２號和４號B鋼船板的明顯.

２．３．２ 應變５％沖擊性能

在 B鋼船板的頭部取縱向沖擊試樣,按照船級 社規(guī)范要求進行應變５％沖擊試驗,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,試驗溫度為 ２０,０,－２０ ℃,試驗結(jié)果見表５.可見１號和３號 B鋼船板在應變５％時的沖擊性能同樣優(yōu)于２號和 ４號船板的.

２．３．３ 應變５％＋２５０ ℃時效１h沖擊性能

在 B鋼船板的頭部取縱向沖擊試樣,按照船級 社規(guī)范要求進行應變５％＋２５０ ℃時效１h的沖擊 試驗,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 溫 度 為 ２０,０,－２０ ℃,試 驗 結(jié) 果 見 表６.可 見 １ 號 和 ３ 號 B 鋼 船 板 在 應 變 ５％ ＋ ２５０℃時效１h下的沖擊性能優(yōu)于２號和４號船板的.

以上３類沖擊試驗結(jié)果表明:１號和３號 B 鋼 船板的韌性較好,說明其在斷裂前吸收變形能量的 能力較強[４Ｇ５];所有 B 鋼船板的沖擊性能均較好地 滿足了船級社的規(guī)范要求,常規(guī)沖擊、應變沖擊及應變時效沖擊的沖擊吸收能量均在１００J以上,遠大 于船級社規(guī)范要求的２７J.

２．４ 厚度方向性能

對需要進行厚度方向BＧZ３５認證的１號和３號 B鋼船板的拉伸試樣進行斷面收縮率計算,結(jié)果見 表７.可見１號和３號 B鋼船板的斷面收縮率遠高 于船級社的規(guī)范要求.

２．５ 顯微組織

對 B鋼船板的頭、尾部取樣進行金相檢驗,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對結(jié)果 進行評定,評定結(jié)果見表８.可見１號和３號 B 鋼 船板鐵素體的晶粒度及奧氏體的晶粒度要比２號和 ４號船板的細小.１,２,３,４號 B鋼船板均含有少量 氧化鋁及球狀氧化物類夾雜,４號 B 鋼船板還含有 硫化物夾雜.沒有經(jīng)過 LF＋RH 精煉工藝的 B 鋼 船板的顯微組織更加細小,沒有經(jīng)過 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號和３號 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號和４號 B鋼船板的.

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

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

(４)采用LF＋RH 精煉工藝生產(chǎn)的１號和３號 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號和４號 B 鋼船板 的細小.

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

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文章來源——材料與測試網(wǎng)