分享：不同精炼工艺生产B钢船板的组织和性能

摘 要:对两种精炼工艺生产的厚５０mm 及２０mm 规格的 B钢船板的化学成分、拉伸性能、冲击 性能、厚度方向性能及显微组织等进行了对比,并分析了其是否满足船级社的规范要求.结果表明: 两种精炼工艺生产B钢船板的各项性能均满足船级社的规范要求,生产无厚度方向性能要求的 B钢 船板时可使用LATS 精炼工艺,生产有厚度方向性能要求的B钢船板时可使用LF＋RH 精炼工艺. 

关键词:精炼工艺;船级社认证;显微组织;力学性能 

中图分类号:TF７６９．２ 文献标志码:A 文章编号:１００１Ｇ４０１２(２０１８)１１Ｇ０７９４Ｇ０５

申请 B钢船板的船级社认证时,若附加厚度方 向上的 BＧZ３５认证,此时由于要求硫元素质量分数 wS≤０．００５％,B钢船板会选择 LadleFurnace电弧 炉(LF)＋RuhrstahlHeraeus真 空 循 环 脱 气 精 炼 (RH)的精炼工艺;而无厚度方向要求时,B钢船板 会选择 LadleAlloyTreatmentStation钢包合金处 理站(LATS)的精炼工艺.船级社规定,钢厂进行 大批量船板生产时的生产工艺必须与认证时的相 同,因此在进行 B钢船板认证时对两种精炼工艺生 产的船板都需要进行认证,即 LF＋RH 和 LATS精 炼工艺都需要进行认证.

笔者通过对两种精炼工艺生产的 B 钢船板进 行化学成分分析、力学性能试验、金相检验等理化检 验,分析在生产无厚度方向性能要求的 B钢船板时选择 LATS精炼工序,以及生产有厚度方向性能要 求的 B钢船板时选择 LF＋RH 精炼工艺是否可行. 

１ 试样制备与试验方法 

１．１ 试样制备 

两种精炼工艺 各 冶 炼 ２ 炉 B 钢,分 别 轧 制 成 ５０mm 厚度和２０mm 厚度的钢板,试样编号、规格 及工艺参数见表１. 

１．２ 试验方法 

试样加工、试验及分析评价要求参照船级社规 范 要 求 DNV??GL－RulesForClassification－ Ships(２０１５)－Part２:Materialsand Welding. 

２ 试验结果与讨论 

２．１ 化学成分 

B钢船板经不同精炼工艺后其化学成分分析结 果见表２,可见所有元素的含量均满足船级社规范 的要求,但 LF＋RH 精炼工艺下的硫元素和氮元素 含量低于 LATS精炼工艺下的.硫元素在钢中多 以硫化物形式存在,如 FeS,MnS等,对钢性能产生 以下影响:①使钢产生热脆现象;②对钢的力学性能 产生不利影响;③使钢的焊接性能降低;④能改善易 切削钢的切削性能;⑤使钢的耐腐蚀性能降低.而 氮元素可以提高钢的强度,但由于氮元素在钢中的 时效作用,使钢的塑性和韧性降低,特别是在形变时 效的情况下,塑性和韧性的降低比较显著[１Ｇ２].

２．２ 拉伸性能

在 B 钢 船 板 的 头 、尾 部 取 纵 、横 向 拉 伸 试 样 ,按 照 船 级 社 规 范 要 求 进 行 拉 伸 试 验 ,５０ mm 规 格 的 B 钢 船 板 取 其 １/４ 和 １/２ 厚 度 取 样 , ２０ mm 规 格 的 B钢 船 板 取 全 厚 度 试 样 ,试 验 结 果 见 表 ３.

由表３可知,１号 B钢船板的上屈服强度、抗拉 强度明显低于２号船板的,断后伸长率高于２号船 板的.３号 B 钢船板的上屈服强度低于 ４ 号船板 的,断后伸长率高于４号船板的,抗拉强度相差不 大.可见２号和４号 B钢船板的强度较好,说明其 抵抗永久变形和断裂的能力较强;１号和３号 B 钢 船板的塑 性 较 好,说 明 其 承 受 塑 性 变 形 的 能 力 较 强[３].整体来说,B 钢船板的性能均较好地满足了船级社的规范要求,上屈服强度、抗拉强度和断后伸 长率均有较大富余量. 

２．３ 冲击性能 

２．３．１ 常规冲击性能 

在B钢船板的头、尾部取纵、横向冲击试样,按照 船级社规范要求进行常规冲击试验,５０mm 规格的 B钢船板取其１/４和１/２厚度试样,２０mm 规格的 B 钢船板取其近表面１mm 处的试样.试验温度分别为 ２０,０,－２０,－４０℃,试验结果见表４.可见１号和３号 B钢船板的冲击吸收能量明显高于２号和４号B钢船 板的;１号和３号B钢船板的冲击吸收能量随温度下降 而降低的趋势没有２号和４号B钢船板的明显.

２．３．２ 应变５％冲击性能 

在 B钢船板的头部取纵向冲击试样,按照船级 社规范要求进行应变５％冲击试验,５０mm 规格的 B钢船板取其１/４和１/２厚度试样,２０mm 规格的 B钢船板取其近表面１ mm 处的试样,试验温度为 ２０,０,－２０ ℃,试验结果见表５.可见１号和３号 B钢船板在应变５％时的冲击性能同样优于２号和 ４号船板的.

２．３．３ 应变５％＋２５０ ℃时效１h冲击性能

在 B钢船板的头部取纵向冲击试样,按照船级 社规范要求进行应变５％＋２５０ ℃时效１h的冲击 试验,５０mm 规格的 B钢船板取其１/４和１/２厚度 试样,２０mm 规格的 B钢船板取其近表面１mm 处 的试 样,试 验 温 度 为 ２０,０,－２０ ℃,试 验 结 果 见 表６.可 见 １ 号 和 ３ 号 B 钢 船 板 在 应 变 ５％ ＋ ２５０℃时效１h下的冲击性能优于２号和４号船板的.

 以上３类冲击试验结果表明:１号和３号 B 钢 船板的韧性较好,说明其在断裂前吸收变形能量的 能力较强[４Ｇ５];所有 B 钢船板的冲击性能均较好地 满足了船级社的规范要求,常规冲击、应变冲击及应变时效冲击的冲击吸收能量均在１００J以上,远大 于船级社规范要求的２７J.

２．４ 厚度方向性能 

对需要进行厚度方向BＧZ３５认证的１号和３号 B钢船板的拉伸试样进行断面收缩率计算,结果见 表７.可见１号和３号 B钢船板的断面收缩率远高 于船级社的规范要求.

２．５ 显微组织 

对 B钢船板的头、尾部取样进行金相检验,观 察铁素体 F的晶粒度、奥氏体 A 的晶粒度及非金属 夹杂 物 含 量,并 根 据 ASTM E１１２－１３Standard TestMethodsforDeterminingAverageGrainSize 和 ASTM E４５－０５Standard Test Methodsfor DeterminingtheInclusionContentofSteel对结果 进行评定,评定结果见表８.可见１号和３号 B 钢 船板铁素体的晶粒度及奥氏体的晶粒度要比２号和 ４号船板的细小.１,２,３,４号 B钢船板均含有少量 氧化铝及球状氧化物类夹杂,４号 B 钢船板还含有 硫化物夹杂.没有经过 LF＋RH 精炼工艺的 B 钢 船板的显微组织更加细小,没有经过 LF＋RH 精炼 工艺的 B钢船板易于存在硫化物夹杂. 

３ 结论 

(１)采用LF＋RH 精炼工艺生产的１号和３号 B钢船板的硫元素和氮元素的含量低于采用 LATS 精炼工艺生产的２号和４号 B钢船板的. 

(２)采用LF＋RH 精炼工艺生产的１号和３号 B钢船板的断后伸长率较好;采用 LATS精炼工艺 生产的２号和４号 B钢船板的抗拉强度、上屈服强 度较好.

(３)采用LF＋RH 精炼工艺生产的１号和３号 B钢船板的韧性较好,冲击吸收能量高,说明其在断 裂前吸收变形能量的能力较强. 

(４)采用LF＋RH 精炼工艺生产的１号和３号 B钢船板的铁素体的晶粒度及奥氏体的晶粒度要比 采用 LATS精炼工艺生产的２号和４号 B 钢船板 的细小. 

(５)LF＋RH 和 LATS两种精炼工艺生产的 B 钢船板的化学成分、力学性能均较好地满足了船级 社的规范要求,且富余量很大.因此,生产无厚度方 向性能要求的 B钢船板时选择 LATS精炼工艺、生 产有厚度方向性 能 要 求 的 B 钢 船 板 时 选 择 LF＋ RH 精炼工艺是可行的.

参考文献: 

[１] 张士宪,赵晓萍,关昕．炉外精炼技术[M]．北京:冶金 工业出版社,２０１３． 

[２] 李建朝,齐素慈．转炉炼钢生产[M]．北京:化学工业 出版社,２０１１． 

[３] 朱兴元,刘忆．金属学与热处理[M]．北京:中国林业 出版社,北京大学出版社,２００６． 

[４] 许鹤君．金属材料韧脆转变温度检测中的一些关键 问题[J]．理化检验(物理分册),２０１７,５３(６):４２２Ｇ４２７． 

[５] 徐卫星,徐惟诚,陆海兵．预拉伸样坯尺寸对应变时 效敏感性试验结果的影响[J]．理化检验(物理分册), ２０１７,５３(３):１８５Ｇ１８７． 

文章来源——材料与测试网