E 级船板钢冲击不合格原因分析

2020-03-19马晓旭邱香花周启航

中国金属通报 2020年24期

马晓旭，邱香花，位枫，周启航，贾新

（新余钢铁公司检测中心，江西新余 338028）

船板钢是船体结构用钢简称，主要用于制造各种船舶的船体、甲板等。船舶的工作环境恶劣，船体外壳不仅要承受海水的电化学腐蚀、化学腐蚀和微生物、海生物的腐蚀，还要承受交变负荷作用和较大的风浪冲击；再加上船舶的加工成型复杂等原因，因此对船体结构用钢要求严格。最关键的要求是良好的韧性，此外，还要有较高的强度、良好的焊接性能、耐腐蚀性能、加工成型性能及表面质量。

某公司生产的60mm 厚E 级船板，出现了-40℃冲击不合格的现象。笔者在此就E 级船板低温-40℃冲击不合格进行原因分析。该60mm 厚E 级船板的生产工艺为：脱硫扒渣→转炉冶炼→LF 炉精炼(—RH 真空处理)→板坯全保护浇注→铸坯缓冷→钢坯外观检查→钢坯（400mm 坯料）加热→高压水除鳞→控制轧制（≥950℃粗轧温度，轧制至中间坯厚度在180mm 厚度，待温二次开扎温度≤900℃轧制至成品其终轧温度可控制在760℃～840℃）→控制冷却（返红温度控制在720℃～780℃）→矫直—喷号(—堆冷)→精整→入库[1]。

1 理化检验

1.1 化学成分分析

选取两个-40℃冲击不合格的60mm 规格E 级船板试样进行化学成分检测，均符合国家标准要求（见表1）。

表1 化学成分(%)

1.2 断口形貌分析

对断口的宏观形貌进行观察，冲击不合格试样断口较平整，有光亮的晶粒状结构，属脆性结晶断口（见图1a）；冲击合格试样的低温冲击断口呈暗灰色，无光泽且无结晶颗粒的均匀组织，是显著的塑性变形断口，属韧性断口（见图1b）。通过扫描电镜对断口的微观形貌进行分析发现：冲击不合格试样有河流花样短而弯曲，支流少，解理面小，且周围有较多的撕裂棱，而韧窝（即凹坑）较少，即为脆性的准解理断裂（见图2a）；冲击合格试样有一个个韧窝，即微孔聚合型断裂，在多数情况下与宏观上的韧性断裂相对应[1]（见图2b）。

图1 断口宏观形貌

图2 断口微观形貌

1.3 金相分析

为更好的对60mm 厚E 级船板出现了低温-40℃冲击不合格的现象进行分析，选取出现该问题的E 级船板冲击试样1#、2#与冲击值合格的E 级船板试样3#、4#进行金相分析。制取横向试样时，选用4%硝酸酒精侵蚀后分析。金相分析检验结果见表2，组织照片见图3，晶粒度照片见图4[2]。

表2 冲击试样1#、2#、3#、4#的金相检验结果

图3 冲击试样显微组织

图4 冲击试样晶粒度

从试验中可发现试样1#、2#、3#、4#都是铁素体+珠光体组织，夹杂物无明显差异。由此可知夹杂物不是60mm 厚E 级船板低温冲击不合格的主要原因。然而从图4a 中可发现1#、2#冲击试样的晶粒度为混晶，级别都为11.0～8.0 级，图4b 中3#与4#冲击试样的晶粒相对均匀，晶粒度级别都为8.5 级。以此可见造成60mm 厚E 级船板低温冲击不合格的原因跟混晶有很大关系。

2 分析与讨论

对于金属材料而言，晶粒大小与金属材料的塑性变形的关系：在一定体积的晶体内，晶粒的数目越多，晶界就越多，晶粒就越细，并且不同位向的晶粒也越多，因而塑性变形的抗力也越大。细晶粒的多晶体不仅强度高，而且塑性和韧性也较好。因为晶粒越细，在同样变行条件下，变形量可分散在更多的晶粒内进行，使各晶粒的变形比较均匀，而不至于过于集中在少数晶粒上，使其变形严重。另一方面，晶粒越细，晶界就越多，越曲折，有利于阻止裂纹的传播，从而在其断裂前能承受较大的塑性变形，吸收较多的功，表现出较好的塑性和韧性。

晶粒大小由结晶过程和热处理过程决定。结晶主要考虑晶体形核和晶粒长大两个过程。如果形核率高，而长大速度慢，则晶粒较小。反之形核率低，长大速度快，晶粒较大。温度、时间及杂质等通过影响晶体的形核、长大过程来影响晶粒大小。

造成E 级船板晶粒不均匀应是在控制轧制阶段时，轧制坯料的加热温度波动较大，部分时间存在炉温偏低现象，造成钢坯加热不均匀现象，使钢板粗轧轧制道次偏多，未三道压下率偏低，钢坯局部不能满足再结晶临界变形量要求，导致混晶组织产生，冲击试验时，冲击值偏低［2］。