高强度船板钢DH36控冷工艺的研究

谭海鹏任学平（1北京科技大学，北京100083 天津钢铁集团有限公司，天津 300301)

高强度船板钢DH36控冷工艺的研究

谭海鹏1,2任学平2（1北京科技大学，北京100083 2天津钢铁集团有限公司，天津 300301)

通过不同的控冷工艺既采用不同的冷却速度、终轧温度及终冷温度对船板钢DH36的冲击韧性和力学性能的影响进行分析。从而得到最佳的控冷工艺：38 mm厚的钢板，终冷温度控制在660℃～680℃，50 mm厚的钢板，终冷温度控制在630℃～670℃。使船板钢低温冲击韧性满足标准和船级社要求。

船板钢 控制冷却 轧制 冲击韧性 力学性能

1 前言

近年来我国造船业发展迅速，对于船板钢的需求与日俱增，同时，现代工业的发展，船舶结构对材料的要求也越来越高，这类钢不但要求具有高强度，而且还要求具有低温韧性。因此，开发和研究高强度船板钢具有广阔的市场前景[1-4]。为了提高船板钢的质量和生产效率，本文通过采用控制轧制和控制冷却的方式，控制船板钢的生产过程，以获得理想的组织和性能，从而实现船板钢的优质生产[5-9]。

2 研究方法及工艺设计

2.1 实验材料及研究方法

实验坯料选取DH36取自天钢炼钢厂，冶炼坯料时严格控制P、S含量及其它元素含量，保证实验坯料的化学成分严格符合国标GB/712-2000，为准确实验提供保证。见表1。

表1 实验用高强度船板钢DH36的化学成分表 /wt%

将热轧试验钢板沿轧向和垂直轧向方向切取试样。将实验得到的钢板试样用金相砂纸研磨，抛光后用2%硝酸酒精溶液侵蚀，在光学显微镜下，观察其组织形貌。采用Ipp软件进行相比例分析和晶粒尺寸统计测量。利用万能试验机进行拉伸性能测试，用冲击试验机测试冲击性能。

2.2 控冷工艺设计

由于晶粒细化可以在提高钢材强度的同时又不降低韧性，采用高于空冷的速度进行均匀冷却控制。拟采用的轧制和冷却工艺如表2所示。

表2 设定的轧制和冷却工艺规程

3 结果与分析

3.1 冷却速度对冲击韧性的影响

图1是不同的冷却速度对般板钢冲击韧性的影响图，从图1中可以看出，轧后不同的冷却速度对提高材料的强度有明显的作用。对于成品厚度为38 mm的船板钢来说，冷却速度为6.2℃/s的冲击韧性值高于冷却速度为6.7℃/s，而成品厚度为50 mm的钢板，冷却速度为7.4℃/s的冲击韧性值高于冷却速度为6.0℃/s。这是由于不同的厚度，对于冷却速度具有不同的要求，不一样的冷却速度，获得不一样的室温组织。因为冷却速度越快，相变后的铁素体晶粒越细小，所以提高了材料的冲击韧性。

图1 冷却速度对冲击韧性的影响（纵向取样)

3.2 终轧温度对船板钢的冲击韧性和力学性能的影响

控制终轧温度是影响船板钢组织的重要手段之一。在其它变形条件相同的情况下，随着轧制温度的升高变形后的奥氏体未再结晶和再结晶晶粒都会变大。终轧温度对过冷奥氏体晶粒尺寸有明显影响。图2和图3分别是终轧温度对船板钢的冲击韧性和力学性能的影响，从图2中可以看出，终轧温度控制在885℃以下的船板钢的冲击韧性明显高于终轧温度在1 038℃以上的船板钢的冲击韧性。力学性能方面也体现了这一规律，终轧温度高属于再结晶区控轧，每轧一道次后马上就完成再结晶、晶粒长大，所以相变后铁素体相对粗大，从而导致冲击韧性和拉伸力学性能较低。而终轧温度低，属于未再结晶或双相区控轧，终轧后的奥氏体不发生再结晶，从而可以得到细小的室温组织，最终获得冲击韧性和拉伸力学性能增较高的船板钢。

图2 终轧温度对船板钢DH36钢板冲击韧性的影响（-20℃纵向取样)

图3 终轧温度对船板钢DH36钢板力学性能的影响

3.3 终冷温度对冲击韧性的影响

相变后生成物是跟终冷温度相关的。大生产中多为快速水冷加空冷的冷却工艺，由于钢板表面温度很难精准测量，所以工艺冷速实际为平均冷速。相变时的终冷温度和冷却速度影响相变过程进行的方式，最终决定钢板内部组织结构，从而对材料的性能产生影响。图4是终冷温度对船板钢低温冲击韧性的影响曲线图，对比终冷温度在680℃以下和终冷温度在950℃以上的试样，可以看出，终冷温度在680℃以下的低温冲击韧性远高于终冷温度在950℃以上的试样的低温冲击韧性。从实验结果中，可以确定DH36的合理的终冷温度为650℃左右

图4 终轧温度对船板钢DH36钢板冲击韧性的影响

4 结论

4.1 在生产线上进行高强度船板钢DH36钢板的试制生产，结果表明，采用控轧控冷工艺试制的船板钢符合船级社认证的D级别船板钢要求，可以实现很好的低温韧性，为下一步工业生产奠定了基础。

4.2 通过检测数据分析，可以得到目前生产现场可以实现的最佳控冷参数是，成品厚度为38 mm的钢板，冷却速度达到6.5℃/s，成品厚度为50 mm的钢板，冷却速度达到7.0℃/s。

4.3 从现场测试轧件温度数据，经分析，可以得到对应不同成品规格厚度的终冷温度，成品厚度为38 mm的钢板，终冷温度控制在660℃～680℃，成品厚度为50 mm的钢板，终冷温度控制在630℃～670℃。

4.4 通过成品取样分析，结果表明，在最佳的终轧温度和最佳的终冷温度下，得到的钢板低温冲击韧性不仅符合船级社要求，而且-40℃和-60℃的低温韧性远高于标准。

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Study on Controlled Cooling Process of DH36 High Strength Ship Plate Steel

Tan Haipeng,Ren Xueping

The influence of different controlled cooling processes,i.e.,different cooling rates,final rolling temperatures and final cooling temperatures,on the impact toughness and mechanical properties of DH36 ship plate steel is analyzed.Hence,the optimal controlled cooling process is achieved:final cooling temperature for 38 mm plate is controlled at 660℃～680℃ and that for 50 mm plate,630℃～670℃,so that the low temperature impact toughness of ship plate steel can meet the requirement by the standard and ship’s classification society.

ship plate steel,controlled cooling,rolling,impact toughness,mechanical property

（收稿 2010－11－10 责编 崔建华)

谭海鹏，高级工程师，毕业于北京科技大学压力加工专业，现在天津钢铁集团有限公司中厚板厂任生产技术副厂长。