高强度船板DH36 生产工艺分析与应用

2021-01-04孙路路

中国金属通报 2020年13期

孙路路

（南京钢铁股份有限公司板材事业部，江苏南京 210035）

船用钢板主要用于制造船体结构钢，制造海洋、沿海和内陆船舶的船体和甲板。在使用中，船用钢板要承受海水的反复冲击，而且在船体制造和装配复杂，再过程中会产生较大的内应力。同时，在航行过程中，由于海水及天气的影响，材料的温度会升高[1]。提出了高韧性、高强度、高清洁度、易焊接、低成本的要求。随着我国从造船大国向造船强国的发展，船舶正朝着大型化、轻量化的方向发展。世界上主要船级社有英国（LR）、挪威（DNV）、美国（ABS）、日本（NK）、法国（BV）、德国（GL）和中国（CCS）船级社等[2]。因此，在生产过程中，必须提高钢液的质量，包括纯度、成分和含气量。该厂具备步进式加热炉、双机架轧机AGC 控制系统，超快速冷却系统，矫直机。采用合理的生产轧制工艺，满足船舶工业发展的需要。图1 为某船图

图1 船图

1 国内外船板钢的发展概况

日本和韩国在国际造船市场中有很高的份额。随着市场需求的变化和对船用钢板需求的不断变化，采用了以Ni-Cr-Mo 系合金元素为主要元素的HY-80 钢。通过调整化学成分、提高合金元素含量、优化热处理工艺，研制出低碳、低氢致裂纹、焊接性能好、用户使用效果好的HSLA 系列钢，但其产品强度变化不明显。日本先后研制出调质高强度钢、马氏体时效钢、STX-12系列钢，钢的强度和使用寿命大大提高；俄罗斯研制了强度在390～1175MPa 之间的AB 系列船用钢；法国新建的“凯旋”级核潜艇抗弯强度为980MPa。随着研究开发的深入，新的工艺和性能要求将会越来越高。近年来，日韩两国对原油舱、压载舱用耐蚀钢的腐蚀机理进行了研究，并取得了突破性进展，耐腐蚀船板钢也是今后的发展方向[3]。

我国生产的低牌号船用钢板正处于供过于求的状态。优质船用钢板在表面质量、尺寸、焊接性、低温韧性等方面与国外产品还有一定差距，造船企业对高强度船板钢的要求也在不断提高。为了满足市场需求，国内钢铁企业必须提高生产工艺。近年来，虽然我国钢铁企业生产的船用钢板与往年相比有了很大提高，但生产工艺仍需进一步提高。高档船板钢产品仍依赖进口，特别是超厚船板钢。未来船板用钢主要是超宽、超厚、高耐蚀、超大能量输入热焊接和低疲劳裂纹扩展率[4]。高强度船板钢具有强度高、重量轻、载荷大、综合性能优良等特点。随着造船工业用钢量的逐年增加，给我国高强度船板钢带来了巨大的市场。

2 技术要求与成分设计

根据GB/712-2011 的标准，DH36 的力学性能要求如表1。

表1 DH36 的力学性能要求

刚强度船板对低温韧性和焊接性能要求较高。C 是重要的化学元素，其含量和分布形态对钢的显微组织和性能有很大的影响。C 是会促进固溶强化，随着C 含量的提高，钢的强度随之提高，但韧性会降低。所以要控制C 含量在合理的范围。Mn 对钢材的强度和韧性都有所提高，但是过高的Mn 会影响焊接性能，弱化钢材的抗腐蚀能力。Si 在钢材中也起到固溶强化的作用，但Si 含量过高，钢材表面容易形成红色氧化物，影响钢材表面质量[5]。硫经常以硫化物的形式沿轧制方向分布，损坏组织的连续性，易造成热脆现象，降低了钢带的延性和韧性，导致各向异性增大。磷对钢的塑性有很大的影响。磷含量过高，易在晶界产生偏析，增加晶界脆性率；通过固溶强化，可以提高钢的强度，但会降低钢的温度韧性，发生冷脆。因此，应尽量降低钢中的磷和硫含量。表2 为DH36 化学成分目标。

表2 DH36 化学成分目标（Wt/%）

3 生产工艺

转炉冶炼：为了保证钢液中硫的含量，必须对铁水进行除硫预处理，终点硫应控制在0.005% 以下。铁水脱硫后，必须清除铁水表面的熔渣，防止硫回收。终点P 应控制在0.015% 以下。出钢时应采用Al-Fe、Si-Mn、Mn-Fe和Nb-Fe进行脱氧和合金化。LF 炉精炼：精炼包括脱硫、脱氧、去除夹杂物、微调成分和温度。LF 精炼时应尽早形成高碱度还原渣，充分吸收钢中的夹杂物，降低钢中的氧含量。在精炼后期，应加入钙线对非金属夹杂物进行改性。喂完线后软吹进行8 分钟，以确保夹杂物完全上浮。在连铸过程中，为防止钢水二次氧化，采用了整体保护浇注。液位波动控制在±5mm 以下。为保证板坯内部质量，采用二冷区电磁搅拌和动态轻压下技术。控轧控冷：为使钢材组织得到明显改善，综合力学性能得到提高，采用再结晶区和非再结晶区控制轧制温度、变形和冷却系统。在粗轧阶段，保证钢板在奥氏体再结晶区（t ≥950℃）的变形，对粗大的奥氏体晶粒进行反复轧制和再结晶，使其充分细化；在精轧阶段，钢板在奥氏体再结晶区（t=950～745℃）变形，奥氏体晶粒沿轧制方向拉长、压扁，晶粒内产生变形带，硬化奥氏体能促进铁素体相的变形形核。粗轧开轧温度控制在1020～1050℃，精轧开轧温度控制在850-910℃，终轧温度控制在770～840℃，返红温度控制在600～640℃。图2 为生产工艺流程。图3 为轧制生产线。