宋晓菊[1]2003年在《高强度船板控轧控冷替代正火工艺的应用基础研究》文中研究指明本课题通过对重钢股份公司中板厂普通热轧工艺条件下生产的高强度船板性能的分析，找出了影响高强度船板性能合格率最主要的指标是冲击韧性和强度。根据世界各国将控轧控冷工艺广泛应用于低(微)合金高强度钢开发生产的成功经验，课题围绕用控轧控冷工艺提高高强度船板的强韧性这一目的，通过对高强度船钢钢坯加热制度、粗轧工艺、奥氏体再结晶区轧制温度和变形量、奥氏体未再结晶区轧制温度和变形量、终轧温度、冷却速度等控轧控冷工艺参数进行摸索，并通过这些工艺参数对高强度船板性能的影响分析，以及对中板厂钢板轧后冷却系统的改造，最终提出适合重钢中板厂现有生产设备的高强度船板控轧控冷工艺为：板坯加热温度1150～1250℃，粗轧总变形率为≥70％，道次变形量10～20％；精轧开轧温度≥1000℃，精轧第一轧程道次变形量在10～18％，第二轧程严格采用在奥氏体低温区(即未再结晶区)进行控制轧制工艺，开轧温度小于950℃，控温厚度大于或等于成品厚度的2倍左右，第二轧程道次变形量为8～15％，累计变形率≥50％，终轧温度810～860℃，钢板轧后冷却速度为3～8℃／s，终矫温度为650～720℃。经此控轧控冷工艺生产的高强度船板性能和组织接近或超过正火钢的水平。经过半年的研究应用，重钢中板厂利用控轧控冷替代正火工艺已生产了2.35万吨高强度船板，其热轧态性能合格率超过90％。并且其性能特性值稳定处于较高水平，冲击功平均达到100J左右，因此可用控轧控冷工艺代替并取消高强度船钢的轧后正火工艺，实现以控轧态直接交货；此外通过对重钢中板厂用制定出的控轧控冷工艺生产的高强度船钢实际成分、性能数理统计分析，确定高强度船板的实际炼钢水平，在不增加炼钢生产成本的情况下，制定控轧控冷高强度船板的公司内控化学成分范围。
芮孟暧[2]2006年在《高强度船体钢及其超细晶强化工艺研究》文中研究指明随着船舶工业的蓬勃发展,船舶的吨位越来越大,高强度船体结构钢的需求也随之加大,因此,开发高强度船体钢具有广阔的市场前景。本文就高强度船体结构钢的特性进行了基本的阐述,并从钢的强韧化机理角度,对高强度结构钢的微合金化和细晶化进行了分析和研究。其中微合金化元素铌、钒、钛,其特点是能与碳、氮结合成碳化物、氮化物和碳氮化物,这些化合物作用表现在;(1)加热时,阻碍原始奥氏体晶粒长大,(2)在轧制过程中抑制再结晶及结晶后的晶粒长大,(3)在低温时起到析出强化的作用。在高强度船体结构钢中,藉助于添加合金元素而使钢得以强化的主要机制有晶粒细化、析出强化和固溶强化。而其中的细晶强化不但可以提高钢的强度,而且还可以提高其塑性和韧性。本文分析和总结了钢中杂质元素对钢的综合性能的影响。钢的性能主要是了取决于钢的化学成分和组织状态,钢中存在的非金属夹杂物和气体,破坏了钢的基体的连续性,造成组织上的不均匀,从而降低了钢的强韧性和疲劳性能。因此,钢的洁净度是影响钢性能的关键因素。提高钢的洁净度是改善钢性能的重要途径,在冶炼工艺技术方面充分发挥铁水予处理和炉外精炼等技术潜力,以提高钢的洁净度。本文对宝钢公司提高洁净化钢的生产技术进行了分析和研究,各种洁净化冶金工艺技术的开发,为优化炼钢工艺流程及高强度船体钢的轧制奠定了良好的基础。本文对宝钢试制的高强度船体结构钢的化学成分、组织、力学性能等进行了试验分析和研究,从试制产品性能看,各项指标达到了有关规范或标准的要求。焊接性对高强度船体结构钢至关重要,通过对高强度船体结构钢的焊接性分析,以及对其焊接接头性能试验,试验结果表明,焊接接头也具有良好的综合力学性能,证明宝钢公司试制的高强度船板具有良好的焊接性。随着现代工业的发展,船舶结构对材料的要求也越来越高,船体结构钢也面临着大发展,未来新一代钢铁材料的特征具有超细化,超洁净,超均质的组织和成份特征,在制造成本基本不增加,少用合金资源和能源,塑性和韧性基本不降低条件下,强度翻番和使用寿命翻番,其核心理论和技术就是实现钢材的超细晶。本文介绍了获取超细化晶粒的方法,并对微合金钢热机械加工结合再结晶处理的新工艺组合,生产的超细晶结构钢进行了分析和研究,其优良韧性大大超过相同成份的微合金钢。预计在船舶、石油平台等结构钢中将发挥重要作用。
李婧[3]2009年在《高强度特厚钢板生产工艺研究与应用》文中研究表明近年来,随着我国国民经济的快速发展以及超高层、大跨度钢结构建设项目的不断增加,机械和建筑用厚钢板的市场需求量越来越大,对钢板厚度规格要求不断增加,性能要求不断提高。本文结合某宽厚钢板联合研发中心建设项目中HSLA优质特厚板开发课题,以Q345和Q420级别钢为研究对象,通过基础理论研究、实验室模拟实验、变形过程力学分析和现场工业试制,对60-120mm Q345E和110mm Q420E特厚板生产工艺进行了研究。重点分析了轧制和热处理工艺对Q345和Q420厚板组织和性能的影响规律,实现实验室轧制工艺向现场应用的技术转移,对Q345特厚板现场试制过程中探伤合格率较低的原因进行分析,最终实现Q345级特厚板的工业化生产,成功试制出110mm Q420E高强度低合金钢产品。论文主要工作及研究成果如下：(1)以Q420钢厚板为研究对象,在Gleeble-2000热模拟机上进行了不同参数的实验,研究了变形温度、变形量和应变速率对Q420钢的动态再结晶行为和奥氏体热变形后等温保持时间里的静态再结晶行为的影响,建立了实验钢的变形抗力模型和静态再结晶动力学模型。采用一维隐式差分法和ANSYS有限元软件模拟特厚板粗轧过程中厚度方向温度场和应变场分布,结合高温再结晶行为实验结果来分析特厚板厚度方向不同位置的再结晶发生条件。(2)通过对Q420特厚板连续冷却相变研究得出,随着冷却速度提高,铁素体相变开始转变温度降低,相变后铁素体晶粒细化；贝氏体开始转变温度先升高后降低,贝氏体转变量逐渐增加。随着变形量的增加,CCT曲线整体向左上方移动,变形促进了碳原子扩散进而加速了铁素体相变,使相变温度升高,相变进程加快。随着变形温度的降低,铁素体相变温度升高,扩大了铁素体区,贝氏体相变温度降低。实验钢在奥氏体未再结晶区变形,其冷速所达到范围内CCT曲线存在较宽的铁素体析出区域,变形组织为先共析铁素体+珠光体,因此,对于此钢种的开发,可以充分利用其连续冷却转变曲线的特点,综合利用细晶强化、相变强化方式来提高钢板的性能。(3)研究了开轧温度、冷却速度等参数对Q345和Q420特厚板组织和性能影响规律和不同轧制方式对Q420特厚板组织和性能的影响。结果表明,采用TMCP工艺生产Q420特厚板时,在总压下率一定的情况下,加大未再结晶区总压下率,钢板的屈服强度提高,抗拉强度略有升高,断后伸长率略有降低,同时,钢板的冲击韧性得到改善,低温冲击韧性改善尤为显着。与UPR工艺轧制厚板相比,TMCP工艺钢板心部的强度和韧性明显提高,断后伸长率变化不大,这是由于奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区晶粒细化机理不同所致。(4)与热轧态钢板相比,不同轧制工艺Q420钢板经正火热处理后,钢板的屈服强度降低,抗拉强度和断后伸长率变化不大,低温冲击韧性显着提高。相同轧制工艺条件下,钢板在实验温度范围内随着正火温度的降低,强度变化不大,但是韧性得到明显改善。这是由于正火温度降低,第二相粒子溶解析出数量较少,尺寸较小,奥氏体的晶粒长大较慢,两方面都对提高钢板韧性有利。钢板热处理前的轧制方式对热处理后钢板的性能影响不大,这是因为在实验正火温度范围内,奥氏体化后奥氏体晶粒尺寸差异较小所致。(5)将实验室研究成果应用于现场,摸索出适合现有宽厚板生产线规格60～120mmQ345E特厚板生产工艺,采用C-Mn钢成分,两阶段控制的TMCP工艺,实现了稳定工业生产。经生产数据统计得出,此工艺生产厚板25万t,性能合格率达92%,探伤合格率达99.21%。确定了Q420钢的化学成分、热轧和热处理工艺参数,摸索出适合现场生产的Q420厚板最佳生产工艺,并在现场成功试制出110mm Q420E高强度低合金钢产品。(6)在现场原有Q345级别特厚板TMCP成熟生产工艺的基础上,通过挖掘轧机设备潜力,提出微合金元素减量化、生产工序减量化的低速大压下特厚板生产工艺—UPR轧制工艺。对此工艺金属变形特点进行分析,采用连续速度场和上界功率法,运用积分中值定理和矢量内积的方法求解和分析轧制过程力能参数,对此工艺的可行性进行分析。通过现场试验证实该工艺生产的特厚板强韧性能匹配良好,在增加变形渗透性和均匀性、改善钢板内部质量的同时,使特厚板生产工艺轧制道次大大减少,缩短了轧制周期,提高生产效率。
夏文勇[4]2012年在《大线能量焊接高强船体钢的冶金关键技术研究》文中研究指明为改善低合金高强度船体钢焊接性和提高船体钢大线能量焊接的适应性,本文对高强度船体钢中第二相氧化物粒子形成的热力学进行了深入分析,研究了Ti处理改善高强度船板钢焊接热影响区的(Heat Affected Zone,以下简称HAZ)组织和性能,并探讨了Ti氧化物促进HAZ晶内铁素体形核的机理。深入研究了大线能量焊接船板钢的关键合金设计与关键冶金工艺,并对研制的大线能量焊接船板钢进行了焊接性能分析,提出了可大线能量焊接工艺范围。本文首先对大线能量焊接船板钢中氧化物的形成进行了热力学研究,提出了Si-Mn复合脱氧+Ti脱氧的基本技术思路。结果表明：采用Si-Mn复合脱氧,钢液平衡的[O]含量降低。[Si]含量为0.30%时,采用Si单独脱氧相平衡的[O]含量为0.0084%；采用Si-Mn复合脱氧,钢液平衡[O]则可以降低到0.0062%。在船板钢常规Ti含量(0.01-0.02%)、常规氧含量(0.0006%-0.0030%)范围内,钢中的钛优先与氧生成Ti2O3。钢中的A1对Ti2O3的形成有显着,二者在钢液中发生氧化还原反应。因此,当钢液经过Si. Mn弱脱氧后,为了促进Ti203的形成,需将钢液中的氧含量控制小于30ppm,[A]含量控制小于94ppm。对Ti氧化物促进晶内针状铁素体形核机理进行分析。采用Gleeble3500D对Ti脱氧钢进行连续冷却淬火实验。相变温度为725℃时,晶界铁素体和侧板条铁素体在晶界开始形成,同时晶内针状铁素体开始形核长大。到650℃时晶界铁素体己基本完全形成,晶内针状铁素体迅速长大,抑制了侧板条铁素体由晶界向晶内的生长。575℃时针状铁素体组织已在奥氏体晶内形成大量交错密排的组织。利用Bonding扩散实验从宏观角度探讨了Ti203周围贫锰区(MDZ)形成的机理,以及高温保温时间对其形核能力的影响。结果表明,在Ti2O3粉末与基体界面处有铁素体带形成,而A12O3粉末与基体界面处却无铁素体带形成,说明Ti2O3有较强的促进铁素体形核能力。电子探针分析发现钢的基体材料与氧化物接触的过渡层中形成了约10μm的贫锰区。Ti2O3吸附了周围的Mn原子,促进了贫锰区的形成,提高了相变平衡温度Ae3,有效地促进了铁素体形成。随着高温保温时间的增加,Ti氧化物促进针状铁素体形核能力下降,这主要因为保温时间越长,Mn越容易扩散到Ti203中并形成相对饱和,造成MDZ的减少,从而导致晶内铁素体形核能力减弱。为获得大量、细小、弥散分布的Ti氧化物夹杂,显着促进针状铁素体形核、提高HAZ的韧性,系统研究了微量Mg. Zr对Ti脱氧钢中夹杂物及其大线能量焊接时焊接热影响区组织和韧性的影响。结果表明：当钢中添加12ppm Mg时,钢中形成等摩尔数的Ti2O3和Mg2TiO4氧化物颗粒,此时钢中含Ti氧化物颗粒的粒度最小,数量最多,大线能量焊接时焊接热影响区的低温韧性最高。微量Mg加入到钢中能降低含Ti氧化物聚集长大的能力,有效的细化了氧化物的尺寸,提高了氧化物夹杂促进针状铁素体形核的能力。当钢中添加43ppm Zr时,钢中形成等摩尔数的Ti2O3和ZrO2,此时含Ti氧化物的粒度最为细小,数量最多,大线能量焊接时焊接热影响区的低温韧性最高。这主要是由于Zr氧化物的密度较大,不容易在钢液中上浮,细小的ZrO2颗粒能够为随后形成的含Ti氧化物提供大量的形核核心,避免含Ti氧化物的聚集长大,增加了晶内针状铁素体的形核核心的密度。首次开发了大线能量焊接船板钢的关键冶金工艺技术。通过Ti合金丝喂线的方法,可以在钢中形成大量弥散分布的细小含Ti氧化物颗粒,其平均粒度尺寸约为1～3μm,氧化物类型主要为Mg-Al-Ti-O复合氧化物。脱氧时间对钢中Ti氧化物形成存在显着影响。随着脱氧时间的增长,钢中氧化物尺寸增大,数量减少。采用Mg-Ti复合处理的E36大线能量焊接船板钢,能够适应最大240KJ/cm的线能量焊接要求。
祝凯[5]2011年在《Mg处理冶炼工艺对船板钢母材和焊接热影响区影响的研究》文中研究指明船舶用厚板是钢铁板材产品中重要的战略产品之一,而能适应大线能量焊接的船用厚板是近年来造船业最为迫切的需求。由于大线能量焊接过程焊缝附近长时间经历高温过程,钢板焊接热影响区的微观组织发生严重劣化,导致韧性急剧下降,严重影响钢板的力学性能,所以改善厚板焊接热影响区(heat affected zone(HAZ))韧性成为钢铁领域最为重要的研究课题之一。而在改善钢铁厚板焊接热影响区韧性的研究中,利用微细粒子的氧化物冶金工艺是近年来国内外最为重要的研究领域。由于Mg处理工艺引入的MgO粒子具有高温稳定并趋向于细小弥散分布的特性,所以Mg处理工艺被认为是氧化物冶金工艺中最为有效的处理手段之一,而国内Mg处理工艺的系统研究还没有报道。本文以目前使用范围广质量要求高,同时又是对大线能量焊接需求最为迫切的EH36船板钢为目标钢种,对Mg处理冶炼工艺对船板钢母材和焊接热影响区的影响进行了系统的研究。本论文根据EH36船板钢的合金体系,设计了试验钢的冶炼成分体系,利用一阶活度相互作用系数计算出钢液中各元素的活度系数,并由此计算得出Mg处理后钢液中[%O]和[%Mg]的平衡关系,为试验提供了理论依据。根据EH36船板钢和性能指标设计了试验钢TMCP轧钢工艺。分别采用常规工艺和Mg处理工艺冶炼了实验钢锭,然后采用完全相同的TMCP轧制工艺将实验钢锭轧制成实验钢厚板。对比研究了Mg处理工艺对厚钢板母材的影响,发现Mg处理工艺虽然向钢铁基体中引入了的大量的微细夹杂物粒子,但微细粒子对钢板母材的组织和性能没有影响。通过金相组织分析发现,无论是垂直于轧向还是平行于轧向上,与常规冶炼工艺的钢板相比,Mg处理钢的组织和形态没有发生变化。拉伸试验、冲击试验等力学性能检测结果表明,Mg处理钢板的横向和纵向的低温冲击性能、抗拉强度和屈服强度,与常规冶炼工艺的钢板相比力学性能基本相当。研究了钢板大线能量焊接后热影响区的韧性劣化机理进行。明确了厚钢板焊接HAZ韧性劣化的机理,即大线能量焊接过程焊缝附近长时间经历高温过程,钢板焊接热影响区的晶粒发生严重粗化,同时在冷却相变过程中生成脆性组织,造成韧性急剧下降。阐明了利用Mg处理冶炼工艺改善钢板焊接HAZ冲击韧性的机制,即利用微细粒子沉淀于奥氏体晶界,在焊接热循环的过程中作为钉扎粒子阻止奥氏体晶粒的长大,同时在在奥氏体向铁素体的固相转变过程中,利用固溶于奥氏体晶内微细夹杂物诱发晶内铁素体(IGF)的形核和长大,从而达到优化晶内组织,改善HAZ冲击韧性的作用。对比研究了Mg处理工艺对钢板焊接热影响区的低温韧性的影响,发现采用Mg处理工艺的钢板其焊接HAZ表现出了优异的低温韧性。通过对钢板热模拟焊接热影响区冲击断口的分析发现,Mg处理工艺钢的HAZ冲击断口由很多较为细小的解理断面组成,而常规冶炼工艺钢的HAZ冲击断口由面积较大的解理断面组成。冲击试验力学性能检测结果表明,钢板的HAZ平均冲击功大幅度提高,是常规冶炼工艺的钢板的5倍以上采用SEM.TEM.EDS技术相结合,对比研究了Mg处理工艺对厚钢板中微细夹杂物粒子的成分、粒径和分布密度的影响,研究表明Mg处理工艺大幅度减少微米级夹杂物(大于0.2μm)中Al2O3的存在,夹杂物的尺寸分布范围主要集中在0.2μm-1.5μm；Mg处理工艺向钢中大量引入粒径在200nm以下的小尺寸夹杂物,Mg处理钢中纳米级夹杂物(小于0.2μm)的分布密度高于常规冶炼工艺钢一个数量级。采用SEM.TEM.EDS与CSLM技术和EBSD技术相结合,对微细粒子改善厚钢板焊接HAZ冲击韧性进行了系统的研究。利用CSLM技术通过原位观察焊接热循环过程中HAZ晶粒的生长和变化情况,发现Mg处理工艺向钢中引入的大量粒径在200nm以下的小尺寸夹杂物,在钢板的焊接热输入高温区对奥氏体晶粒产生了十分显着的钉扎作用,抑制了奥氏体晶粒生长。在完全相同焊接热模拟条件下,Mg处理钢板HAZ原奥氏体晶粒平均尺寸要比常规工艺钢板原奥氏体晶粒平均尺寸小6倍。通过EBSD技术对钢焊接HAZ铁素体晶界取向差分析发现,Mg处理钢中焊接HAZ呈大角度晶界的晶内铁素体的比例显着增加。分析Mg处理钢焊接HAZ晶内组织发现,Mg处理向钢中引入的大量粒径在0.2μmn-1.5μmn的微米级夹杂物可以有效地诱发晶内针状铁素体形核生长,形成了交叉互锁状、具有大角晶界和高位错密度的针状铁素体组织,晶粒交叉互锁可以有效抑制裂纹的延伸扩展,通过优化晶内组织达到改善了HAZ冲击韧性。Mg处理冶炼工艺在对船板钢板母材的组织和性能没有产生不利影响的情况下,有效的改善了钢板大线能量焊接热影响区的韧性。
参考文献：
[1]. 高强度船板控轧控冷替代正火工艺的应用基础研究[D]. 宋晓菊. 重庆大学. 2003
[2]. 高强度船体钢及其超细晶强化工艺研究[D]. 芮孟暧. 上海海事大学. 2006
[3]. 高强度特厚钢板生产工艺研究与应用[D]. 李婧. 东北大学. 2009
[4]. 大线能量焊接高强船体钢的冶金关键技术研究[D]. 夏文勇. 钢铁研究总院. 2012
[5]. Mg处理冶炼工艺对船板钢母材和焊接热影响区影响的研究[D]. 祝凯. 复旦大学. 2011