高強(qiáng)船板AH36/DH36成分優(yōu)化研究

蘇曉峰 徐黨委

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

高強(qiáng)船板AH36/DH36成分優(yōu)化研究

蘇曉峰 徐黨委

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

采用鑄坯低倍、原位分析、掃描電鏡和統(tǒng)計(jì)等方法,對(duì)高強(qiáng)船板降錳前后的低倍、錳元素偏析和拉伸斷口合格率進(jìn)行了研究。通過(guò)降錳,高強(qiáng)船板的鑄坯低倍和錳元素偏析明顯好于降錳前的情況,同時(shí)拉伸斷口沒(méi)有以前的分層現(xiàn)象、合格率顯著提高。

斷口 偏析 低倍 原位分析

0 前言

隨著造船業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)船用鋼板的要求不僅要保證產(chǎn)品的拉伸性能、可焊接性和表面質(zhì)量達(dá)到國(guó)家或船級(jí)社的標(biāo)準(zhǔn)要求,同時(shí)還要滿足對(duì)船板內(nèi)部質(zhì)量符合船檢要求。在高強(qiáng)船板生產(chǎn)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)一部分拉伸試樣斷口出現(xiàn)分層現(xiàn)象,嚴(yán)重影響高強(qiáng)船板的合格率;筆者根據(jù)高強(qiáng)船板的冶煉實(shí)際情況,對(duì)高強(qiáng)船板的成分進(jìn)行優(yōu)化;通過(guò)鑄坯低倍檢測(cè)、掃描電鏡微觀分析和原位分析等分析方法,對(duì)高強(qiáng)船板成分優(yōu)化前后的效果進(jìn)行對(duì)比。

1 成分優(yōu)化試驗(yàn)

1.1 工藝流程

本文介紹的高強(qiáng)船板 AH36/DH36采用傳統(tǒng)的軋制工藝,其生產(chǎn)流程是:100 t轉(zhuǎn)爐—吹氬站—LF精煉—200 mm板坯連鑄—坯料切割—加熱—除鱗—2800 mm中板軋機(jī)粗軋—2800 mm軋機(jī)精軋—矯直—冷卻—剪切—收集入庫(kù)。

1.2 成分優(yōu)化方案

根據(jù)凝固理論,鑄坯在凝固過(guò)程中優(yōu)先結(jié)晶的是鋼水純凈部分,而富含 C、P、S、Mn和由其組成的化合物的部分往往會(huì)被擠到鑄坯中心位置而最后凝固,后凝固的是帶有嚴(yán)重偏析的部分,影響到了金屬組織的連續(xù)性,成為造成鋼材性能出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因之一;因此認(rèn)為高強(qiáng)船板斷口不合是由中心偏析主要是錳偏析造成的。實(shí)際生產(chǎn)中高強(qiáng)船板 C、P和 S元素含量已經(jīng)相對(duì)比較低,只有采取降低錳含量來(lái)降低因元素偏析造成的中心偏析,改善斷口形貌、提高斷口性能合格率,但同時(shí)必須保證強(qiáng)度性能。主要措施是降低高強(qiáng)度船板 AH36和 DH36的錳含量,即 AH36/DH36錳含量控制范圍分別由原來(lái)的 1.20%～1.45%降為 1.15%～1.30%;而高強(qiáng)船板 AH36/DH36錳含量的實(shí)際控制范圍為 1.21%～1.28%;并進(jìn)行了批量的生產(chǎn)試驗(yàn),其具體成分見(jiàn)表1。

表1 降錳后高強(qiáng)船板AH36/DH36的生產(chǎn)實(shí)際成分 w/%

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 低倍分析

對(duì)成分優(yōu)化前后分別取鑄坯低倍試樣,所取試樣鋼種為 AH36/DH36,編號(hào)分別為:1#試樣為降錳前試樣,2#試樣為降錳后的試樣,試樣具體成分見(jiàn)表2。并對(duì) 1#和 2#所在鑄坯 1/4、1/2處進(jìn)行縱剖,磨光、用硝酸侵蝕后觀察。成分優(yōu)化前試樣低倍如圖1所示。圖 1(a)是 1/2處偏析,其中心存在嚴(yán)重中心偏析,伴有孔洞,偏析級(jí)別達(dá)到 A類 3.0級(jí),而鑄坯內(nèi)弧側(cè)存在微裂紋;圖 1(b)是 1/4處偏析,也比較嚴(yán)重,級(jí)別達(dá)到 B類 3.0級(jí),鑄坯內(nèi)弧有明顯裂紋。成分優(yōu)化后的試樣低倍如圖 2所示。圖 2(a)是 1/2處中心存在中心偏析,B類偏析級(jí)別為 1.0級(jí),鑄坯;圖 2(b)為 1/4處偏析,級(jí)別在 B類 1.5級(jí),內(nèi)弧側(cè)也不存在矯直裂紋。通過(guò)成分優(yōu)化試驗(yàn),其前后鑄坯試樣低倍相比,降低鋼中Mn元素含量可使高強(qiáng)船板鑄坯內(nèi)部偏析和內(nèi)部裂紋情況有明顯的改善。

表2高強(qiáng)船板 AH36/DH36試樣成分 P w/%

圖1 成分優(yōu)化前鑄坯縱剖低倍

圖2 成分優(yōu)化后鑄坯縱剖低倍

2.2 原位分析

金屬原位分析系統(tǒng)采用北京納克分析儀器公司制造的OPA-100,先將試樣在銑床上銑出具清晰紋路的平整平面,樣品掃描方式為線性掃描,掃描速度為 1 mm/sec,激發(fā)頻率 480 Hz,激發(fā)電容 7.0 uF,激發(fā)電阻 6.0Ω,火花間隙 2.0 mm。信號(hào)采集速度為 100 kHz/通道,工作曲線的制作和分析結(jié)果的處理采用OPA-100軟件進(jìn)行處理。

為比較高強(qiáng)船板錳元素的偏析情況,對(duì)降錳前后鑄坯做原位分析,掃描范圍如圖 3所示。3#試樣為降錳前試樣,4#試樣為降錳后的試樣,試樣具體成分見(jiàn)表 2。從降錳前后鑄坯Mn元素的成分三維分布如圖 4所示,二維等高如圖 5所示。

由圖 4、圖 5可知,當(dāng)高強(qiáng)船板 AH36/DH36的錳含量為 1.48%時(shí),鑄坯中心有一條明顯的偏析帶,而當(dāng)高強(qiáng)船板 AH36/DH36的錳含量降低到1.25%時(shí),鑄坯中心的偏析帶明顯被改善。降錳前后原位分析高強(qiáng)船板元素在試樣中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表 3。

圖3 原位分析掃描范圍圖

圖4 高強(qiáng)船板AH36/DH36錳元素成分三維分布圖

圖5 高強(qiáng)船板AH36/DH36錳元素分布二維等高圖

2.3 斷口形貌和合格率分析

成分優(yōu)化前大部分試樣成脆性斷裂,試樣斷口處無(wú)明顯的“頸縮”,斷口試樣在厚度方向的中心部位存在嚴(yán)重的分層和疏松缺陷,對(duì)部分試樣進(jìn)行熱酸洗后發(fā)現(xiàn)在厚度的 1/4處存在微裂紋;斷口中心處顏色呈灰白色,無(wú)金屬光澤,與周圍鋼基體的顏色存在明顯區(qū)別,試樣斷口形貌如圖 6(a)所示;而成分優(yōu)化后,高強(qiáng)船板拉力試樣斷口發(fā)生了明顯變化,斷口得到明顯的改善,沒(méi)有 裂紋,如圖 6(b)所示。

表3 高強(qiáng)船板成分優(yōu)化后元素在試樣中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果 %

圖6 AH36拉伸試樣斷口形貌圖

從 2008年 12月始采用降錳的成分體系生產(chǎn)高強(qiáng)度船板至今,共生產(chǎn) 34151 t,性能合格率 95.4%,斷口不合率只有 2.08%,下降了 6.07%;對(duì)降錳前后的斷口合格率情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表 4。

表4 降錳前后斷口合格率 %

3 結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)高強(qiáng)度船板成分優(yōu)化前后鑄坯試樣低倍和拉力試樣斷口進(jìn)行分析得到:降低鋼中Mn元素含量,高強(qiáng)船板 AH36/DH36鑄坯內(nèi)部偏析和內(nèi)部裂紋情況有明顯的改善;降錳前拉伸斷口呈“脆性斷口”,伴有分層現(xiàn)象,而降錳后則稱韌性斷口并有韌窩出現(xiàn)。

2)在滿足高強(qiáng)船板各項(xiàng)性能和改善鑄坯低倍和拉伸斷口的前提下,降低鋼中的錳含量還能降低高強(qiáng)船板的成本,AH36/DH36錳含量可降低0.25%,則噸鋼降含錳 65%的錳鐵合金 3.9 kg,噸鋼成本降低 30元。

[1] 朱紅一.安鋼高強(qiáng)船板結(jié)構(gòu)鋼板的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)[J].軋鋼,2008,25(2):13～15.

[2] 王海舟,李美玲,吳超,等.船板鋼連鑄坯中心偏析的原位統(tǒng)計(jì)分布分析[J].鋼鐵,2004,39(增刊):251～254.

[3] 韓炯,高亮.高強(qiáng)船板拉伸試驗(yàn)斷口分層的原因分析[J].寬厚板,2006,12(1):30～32.

STUDY ON CONTENT OPT IM IZUM OF AH36/DH36 HIGH STRENGTH SHIP PLATE

Su Xiaofeng Xu Dangwei
(Anyang Iron&Steel Group Co.,Ltd)

Through low power examination,originalposition analysis(OPA),scanning electronmicroscopy and statistics,the paper researched the low power examination,Mn segregation,quality ratio of tension fracture before and afterMn reduction for high strength plates.Through Mn reduction,low power examination and Mn segregation were better obviously than that beforeMn reduction,layers disappeared in tension fracture and quality ratio improved obviously.

fracture segregation low power examination OPA

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聯(lián)系人:蘇曉峰,高級(jí)工程師,河南.安陽(yáng) (455004),安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心;

2009—7—8