高强度船板钢的生产工艺概述

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２Ｏ卷第６期　２００７年ｌ１月　唐山学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔａｎｇｓｈａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ＶｏＩ．２Ｏ　Ｎｏ．６　ＮＯＶ．２００７　高强度船板钢的生产工艺概述　苑少强　，梁国俐　，刘　义　（１．唐山学院科研生产处．河北唐山０６３０００；２．唐山钢铁股份有限公司技术中心．河北唐山０６３０００）　摘要：介绍了生产现代高强度船板钢的合金成分设计原则，微量元素Ｎｂ　等合金元素的作用，分析　了钢坯加热、控制轧制、控制冷却等因素与机械性能的关系，指出了国内主要生产高强度船板钢企　业存在的问题，得出了获得高质量船板钢的具体工艺措施。　关键词：高强度；船板钢；生产工艺　中图分类号：ＴＧ１４２．４１　文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—３４９Ｘ（２ｏ０７）０６—００１９—０４　Ｂｒｉｅｆ　Ａｃｃｏｕｎｔ　ｏｆ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｈｉｇｈ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｓｔｅｅｌ　Ｐｌａｔｅ　ＹＵＡＮ　Ｓｈａｏ—ｑｉａｎｇ　，ＬＩＡＮＧ　Ｇｕｏ—ｌ　ｉ　，ＬＩＵ　Ｙｉ　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｔａｎｇｓｈａｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ．Ｔａｎｇｓｈａｎ　０６３０００．Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｔａｎｇｓｈａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｔａｎｇｓｈａｎ　０６３０００．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｕｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｐｌａｔｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ，ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏ—ａｌｌｏｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｌａｔｅｓ，　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｓｕｃｈ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｓ　ｈｅａｔｉｎｇ，ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｏｌｌ—　ｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｔＯ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｆｏｒ　ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｐｌａｔｅｓ　ａｒｅ　ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｐｌａｔｅ；ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　０　引言　近年来，因世界海运贸易量急剧增长，船舶制造业出现　了前所未有的繁荣景象　Ｊ。船舶逐渐向大型化、轻型化方向　发展，一般强度船板钢已不能满足船体结构的要求．高强度　锰、微合金化”的设计思路是当今许多生产厂家所采用　的Ｌｓ－￣３。高强度船板钢要求较高强度的同时．必须配合较高　的低温冲击韧性、良好的焊接性能和抗冷弯性。较低的含碳　量有利于发挥Ｎｂ的细化晶粒和析出强化作用．同时有利于　保持良好的焊接性能。Ｍｎ可以提高抗拉强度和屈服强度．　降低相变温度．并能够起到脱Ｓ的作用．防止热裂。Ｎｂ是生　产高强度船体用钢最重要的合金元素。Ｎｂ的作用归结起来　船板在造船业中的应用比例不断升高［ｚＪ。发展高强度船板　钢．不仅是提高经济效益的需要．也符合国家发展战略的方　向要求。因此．本文总结了生产高强度船板用钢的各个环节　工艺要点。希望以此为生产厂家和技术人员提供参考。　有两个方面：第一．微量Ｎｂ可以显著提高奥氏体的再结晶温　度ｌ６］．为非再结晶区轧制提供更加宽的温度空间．有利于奥　氏体变形量的积累。从而细化组织。Ｎｂ的拖曳行为和应变　ｌ合金成分和性能要求　船体用钢分为一般强度钢和高强度钢两大类，均为细晶　粒镇静钢。化学成分符合ＧＢ７１２—２０００的要求．表ｌ为高强　度船体结构钢化学成分。　诱导析出的Ｎｂ（Ｃ。Ｎ）对提高再结晶温度都起作用．而且应　变诱导析出颗粒对位错的钉扎作用远比它的拖曳作用显　著Ｌ　。第二．Ｎｂ在铁素体中沉淀析出．可以提高钢的强度并　且阻止焊接过程中热影响区晶粒的粗化。这里需要强调的　事实上．因为企业产品竞争的需要．各个生产厂家的内　控成分要求远比表ｌ中的波动范围小。化学成分“低碳、高　是。在设计高级别船板钢时。应特别强调它的第一个作用．这　收稿日期：２００７—０７—０２　基金项目：２００７年唐１¨，ｌｉ科学技术研究Ｉ二ｊ发展计划（０６Ｉ１０１０１Ａ一４）。　作者简介：苑少强（１９６７一），男，博Ｊ　，剐教授，主要从事微合金钢的Ｉ｛｜温组织转变　ｊ控制，船板『｝ｊ钢、管线钢的开发Ｌｊ设汁。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２Ｏ·　唐山学院学报　第２Ｏ卷　样可以达到细化晶粒的目的．既提高强度．又不降低韧性。　具有更弱的亲和力．而Ｎｂ的合金化不需要以高纯净钢水为　前提．常用微合金元素Ｎｂ．Ｖ．Ｔｉ在钢中通过晶粒细化影响　强度和韧性，以Ｎｂ最为显著［　。　般Ｎｂ含量应控制在０．０２　ｔ０．０４　。另外。对钢的组织　和性能影响方面．Ｎｂ和Ｔｉ都优于Ｖ和Ｂ。但Ｔｉ对Ｏ．Ｎ．Ｓ。Ｃ　表１　高强度船体结构钢化学成分　级别　ＡＨ／ＤＨ／ＥＨ３２．ＡＨ／ＤＨ／ＥＨ３６和ＡＨ／ＤＨ／ＥＨ４０　脱氧方法　镇静。细化晶粒工艺　镇静．细化晶粒工艺　化学成分（熔炼分析）．　最大．除非另外规定范围　２生产工艺路线　铁水一＋顶底复吹转炉冶炼一吹氩喂线一ＬＦ精炼一板坯　连铸一切割一步进式加热炉加热一粗轧一精轧一控制冷却　产工艺技术。具有流程简单、节能经济（无需再淬火一回　火）．且在提高强度的同时明显提高材料韧性的特点。ＴＭ－　ＣＰ工艺包括控制奥氏体组织、微合金析出、再加热一轧制一　冷却过程的组织结构．以及合金设计、冶炼过程纯净控制、夹　矫直一空冷一剪切一检验一标尺一人库。　得到温度适宜、成分合格、Ｓ与Ｐ含量尽可能低的铁水　是关键。　杂控制、除气等一系列过程。用该工艺技术制造的钢可用于　造船、管线以及海洋结构、高层建筑、桥梁等许多结构。　２．１　加热工艺　钢坯的最高加热温度决定着奥氏体的原始晶粒度和合　现代高级船板钢大多采用ＴＭＣＰ工艺．即控制轧制　工艺。　金元素的固溶程度．并直接影响钢板的最终性能　Ｊ。从理论　上讲．普通船板的加热温度即为奥氏体均匀化温度．目的是　奥氏体再结晶区轧制时．要求每道次的压下率大于临界　变形率．不断通过再结晶细化晶粒．否则会发生部分再结晶　造成混晶现象。一般轧制的终了温度在９５０℃以上。中间　坯厚度约为成品厚度的２．５～４倍。　降低变形阻力和弥补工序问的温度降低。加热温度应该在　ｌ　２５０℃以上。但是．由于温度过高可能弱化奥氏体晶粒的结　合力。并使组织过分粗化而导致最后性能恶化。因此．一般　加热温度在ｌ　１８０　ｕＣ左右。对于含有微合金元素的高级船　非再结晶区轧制后加工硬化的奥氏体在不同的冷却速　率下发生相变．这种相变后细化的组织使强度和韧性得到提　高．而且能相应降低碳含量和合金含量．在提高钢板的力学　性能的同时也明显改善了焊接性能和焊接部位的韧性。一　般轧制终了温度为８５０℃左右。　通过再结晶区轧制重新细化奥氏体晶粒。在非结晶区轧　板钢坯．加热温度取上限．目的是保证合金元素充分固溶。发　挥它随后的推迟再结晶温度和析出强化效果。通常在炉内　保温时间为３　ｈ以上．并且保证各部分的温差小于２Ｏ℃。　２．２轧制工艺　机械热处理技术（　Ｆｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ．　ＴＭＣＩ　）是１９６０年以来发展起来的集轧制成型及热处理于　制使奥氏体晶粒伸长。通过在非再结晶区轧制使奥氏体晶粒　加工硬化。考虑随后的冷却制度．在再结晶区轧制的总压下　量不低于６Ｏ％．非再结晶区轧制的压下量不低于４Ｏ　～　体的全面提高金属材料力学性能、细化组织的先进冶金生　５Ｏ　．不强调每道次的压下量。而考虑总的累计变形量【ｌ　。　维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期　苑少强，梁国俐，刘　义：高强度船板钢的生产工艺概述　·２１·　采用两阶段轧制工艺，必须与轧制设备的能力相适应，　外，在表面质量、双定尺精度、板型控制方面也有很大的　否则．难以达到理想的效果。　欠缺。　２．３控制冷却　裹２我国主要中厚板生产企业船板代表钢号裹　对再结晶后的奥氏体进行控制冷却时，铁索体发生某种　序号企业名称　代表钢号　程度的晶粒细化．但效果并不显著。如果对未再结晶奥氏体　ｌ　首钢　Ａ．Ｂ，Ｄ·ＡＨ３２·ＡＨ３６·ＤＨ３２，ＤＨ３６　进行控制冷却．则不仅在变形后的奥氏体晶界面或变形带产　２　首秦　Ａ，Ｂ，Ｄ，Ａ３２．Ａ３６．Ｄ３２．Ｉ）３６　Ａ．Ｂ．Ｄ。ＡＨ３２。ＤＨ３２．ＡＨ３６．ＤＨ３６．Ｅ．　生晶核，且在奥氏体晶粒内也生成铁索体核，实现了铁索体　３　邯钢　ＥＨ３２ＥＨ３６　的大幅度晶粒细化。　４　天津中板　Ａ，Ｂ　结束精轧工序后钢板离开精轧机送到钢板控制冷却系　５　鞍钢（２套）　Ａ—Ｅ，ＡＨ３２一ＥＨ３２．ＡＨ３６～ＥＨ３６　统。根据钢种和相应的工艺。钢板空冷通过控制冷却系统或　６　营口　Ａ·Ｂ　者进行控制冷却。控制冷却系统可以以相应的水量和不同　７　南钢（２套）　Ａ，Ｂ，Ｄ·Ｅ，ＡＨ３２，ＤＨ３２　的冷却速度进行冷却。　Ａ．Ｂ，Ｄ．ＡＨ３２，ＤＨ３２．ＡＨ３６，ＤＨ３６．Ｅ，　钢板在成品轧制的最后一个道次抛钢后，由辊道运送直　８　济钢（２套）　ＥＨ３２，ＥＨ３６　接进入ＡＣＣ装置。钢板通过ＡＣＣ装置时．上、下两面同时　Ａ，Ｂ，Ｄ，ＡＨ３２一ＡＨ４Ｏ，ＤＨ３２一Ｉ）Ｈ６９．Ｅ，　喷水进行快速冷却，使钢板的温度由约７００～８００℃（即奥氏　９　宝钢　ＥＨ３２一ＥＨ６９　体区或双向区）快速下降至６００～６５０℃（ＡＣＣ控制冷却）。　Ａ．Ｂ．Ｉ）．Ｅ．ＡＨ３２．ＤＨ３２．ＥＨ３２．ＡＨ３６．　１Ｏ　浦钢　ＤＨ厚度在２５　ｍｍ以上的钢板．通过ＡＣＣ装置的速度约在０．３　３６．ＥＨ３６．ｚｌ５一ｚ３５　１．０　ｍ／ｓｅｅ之间；厚度小于２５　ｍｍ的钢板，通过速度最高　１１　马钢　Ａ．Ｂ　可达３．０　ｍ／ｓｅｃ。控冷工艺参数的最大区别在于冷却速率和　Ａ．Ｂ．Ｄ．ＡＨ３２．ＤＨ３２．ＡＨ３６ＤＨ３６．Ｅ．　１２　安钢（２套）　强制冷却的温度范围（冷却开始温度和冷却停止温度）。不　ＥＨ３２．ＥＨ３６　同的冷却速率和强制冷却的温度范围对于轧制过程中和冷　Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ．ＡＨ３２．ＤＨ２。ＥＨ３２，ＡＨ３６．　１３　武钢　ＤＨ却过程之后钢板的微观结构有不同影响。　３６．ＥＨ３６　对于不需要加速冷却的钢板，在通过ＡＣＣ装置、时．不予　ｌ４新余（２套）　Ａ、Ｂ　Ａ，Ｂ。Ｄ．Ｅ。ＡＨ３２一ＦＨ３２．ＡＨ３６一ＦＨ３６　喷水。　１５　舞钢　ｚｌ５一ｚ３５　矫直温度一般控制在６００℃以上，然后在６００～４００℃　ｌ６　柳钢　Ａ．Ｂ　之间缓冷．使钢板铁索体中的碳容易析出，避免时效倾向，造　Ａ，Ｂ．Ｄ．ＡＨ３２．ＤＨ３２．ＡＨ３６．ＤＨ３６．Ｅ．　成冷弯不合．冲击韧性下降。　１７　韶钢（２套）　ＥＨ３２．ＥＨ３６　３存在问题　ｌ８　重钢　Ａ．Ｂ．Ｄ．Ｅ，Ａ３２一Ｅ３２，Ａ３６一Ｅ３６，　３．１技术装备方面的不足　ＡＨ３２一ＥＨ３２．Ａ３６一Ｅ３６　首先．轧制力在６　０００　ｔ以下的轧机很难实现真正意义　４　结束语　上的控制轧制技术．而且轧机轧辊宽小于３．５　ｍ占２／３以　壮大我国高级别船板钢的生产能力是国民经济发展的　上，无论在生产型号上和质量上都难以同韩、日等船板强国　必然要求．是向第一造船强国迈进的根本保证。　相竞争，导致的结果是造船成本的提高，失去了市场的竞争　（１）采用先进的熔炼设备得到合格的铁水，最大限度地　力。其次，加热方式落后，除宝钢、鞍钢、武钢等大型国有企　降低其中的Ｓ．Ｐ含量是保证钢板低温韧性的基础，高的纯净　业外，当今世界上最先进的一种炉型——步进式加热炉还没　度为随后的控轧控冷工艺奠定物质基础。　有被国内普遍采用，而日本、韩国、德国等已１００％采用　另　（２）发展轧制力在８　０００　ｔ以上的，轧辊宽度在３　８００　ｍｍ　以上的宽厚板轧机将实现真正意义上的ＴＭＣＰ工艺．大大　外，热装热送工艺未被广泛采用。精整水平低及检测手段不　降低船板生产成本及造船的焊接成本。　完善共同制约着我国船板生产企业的核心竞争力　］。　（３）采用先进的自动控制和自动检验手段是按负公差进　３．２品种在质量方面的不足　级板厚的客观要求，利于同国际接轨。　表２为我国主要中厚板厂生产船板的代表钢号，从中可　（４）逐渐形成轧机生产船板与造船厂合理的布局相适应　以看出．生产ＥＨ３６的高强度船板厂家有首钢、邯钢、鞍钢、　的产业链。　济钢、宝钢、浦钢、安钢、武钢、舞钢、韶钢和重钢．而能够生产　ＥＨ４０以上的只有宝钢和舞钢。品种不齐全．严重影响了我　参考文献：　国造船的整体能力．不能从根本上解决依赖进口的弊端。此　［１］　牛琳霞．我国船舶用钢的需求分析［Ｊ］．武钢技术，　维普资讯 http://www.cqvip.com ·　２２·　唐山学院学报　第２Ｏ卷　（上接第１７页）性影响，用量纲分析法求压强降落ＡＰ的函数　选取ｄ．口。ｐ为缝纲无关量．一组基为Ｃｄ。ｅ　·ｅ　。由ｄｉｍｄ　＝Ｌ．ｄｉｍｖ￣ＬＴ～。ｄｉｍｐ＝Ｌ—Ｍ·有·　（兰］：（　—　；３（　】＝（　】，故有　舌。　对于管壁粗糙度△。同理得　＝　Ａ臣　一　，　一　，　（耽·，ｆ３·　）·即△Ｐ　ｐｖｚｆ￣（　·寺·号）。　㈡～一　３１。　，ｅ－　￣ｅｕ）－－－（ｅａ，ｅ￣，％）　ＰｖＺｆ２（　－Ｙ－　－·　Ａ　ｌ即为压强降落△Ｐ的函数关系。　…　３　结论　由此得过渡矩阵Ｐ：ｌ【　一１　１。　０　０　ｌ　Ｊ　参考文献：　高　［１］　赵凯华．罗蔚茵．新概念物理教程：力学［Ｍ］．北京：等教育出版社．１９９５：５８—６３．　由ｃ　知．（　】：（　一　］［二　］＝（；］·故有ｍ　划二　＝　［２］　赵凯华．定性与半定量物理学［Ｍ］．北京：高等教育出　版社。１９９１：６３—７９．　ｄ。　Ｄｌ口　Ｐ。　　Ｔ　Ｍ，有量纲　对于液体粘性系数　的量纲ｄｉｍ，ｕ　Ｉ［３］　同济大学应用数学系．线性代数［Ｍ］．第４版．北京：高　等教育出版社。２００３：１０７一１０８．　向量　：一ｅＬ－－ｐ．ｊ＋ｅＭ·　西南交通大学水利学教研室．水利学［Ｍ］．北京：高等　教育出版社。Ｉ９８３：１６０．　（责任蝙校；夏玉玲）