2016AH32高強(qiáng)船板鋼火工工藝摸索

1、AH32高強(qiáng)度船板鋼火工工藝摸索李劍鋒摘要：采用拉伸試驗(yàn)機(jī)、擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)、彎曲試驗(yàn)機(jī)、金相顯微鏡、維氏硬度計(jì)等研究了650、950、1100三個(gè)溫度火工校正后AH32高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能和顯微組織的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：在經(jīng)過(guò)650、950、1100三個(gè)溫度火工校正后，AH32高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼顯微組織均為鐵素體+珠光體，隨著火工校正溫度的升高，晶粒粗大，塊狀鐵素體數(shù)量減少，片狀鐵素體和針狀鐵素體增多，魏氏體越來(lái)越嚴(yán)重。在1100火工校正溫度時(shí)AH32鋼板的強(qiáng)度，硬度，塑性和韌性變化不大，都能滿足CCS規(guī)范對(duì)AH32鋼板的要求。關(guān)鍵詞：AH32高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼；火工校正；力學(xué)性能；顯微

2、組織1 引言高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼具有高強(qiáng)度、良好的塑性、低溫沖擊韌性、優(yōu)良的冷彎等加工性能和可焊性等一系列的優(yōu)點(diǎn)，符合大型船舶、海工產(chǎn)品等建造輕量化、專業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)以及低碳經(jīng)濟(jì)和綠色船舶的概念，因而近年來(lái)在船舶及海洋工程裝備領(lǐng)域的應(yīng)用大幅增加。在船體建造時(shí)，船體各部分的構(gòu)件在加工、裝配以及焊接過(guò)程中，由于應(yīng)力的存在會(huì)發(fā)生不同程度的波浪、彎曲和翹曲等變形，特別是焊接加工時(shí)的影響最大。為保證船體的裝配精度和外觀質(zhì)量，消除船體局部的應(yīng)力集中，一般采用火工校正的方法來(lái)矯正變形。但是高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼為低碳低合金鋼，對(duì)溫度較為敏感，不同的加熱溫度對(duì)其組織狀態(tài)和力學(xué)性能的差異較大，極易造成沖擊韌性和塑性的大

3、幅下降。目前AH32高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼在公司散貨船上的使用比例達(dá)到了70%，在船體外板等暴露位置更是達(dá)到了90%之多，研究不同火工校正溫度對(duì)AH32高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能和顯微組織的影響，對(duì)公司船舶建造中AH32板的規(guī)范使用和火工工藝具有良好的指導(dǎo)意義。本文研究了650、950、1100三個(gè)溫度火工校正空冷后AH32高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度、韌性、塑性、硬度和顯微組織的變化規(guī)律，并按照中國(guó)船級(jí)社材料與焊接規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱“CCS規(guī)范”）中對(duì)AH32的要求進(jìn)行評(píng)定。2 試驗(yàn)材料與方法火工校正工藝采用丙烷火焰加熱，焰道寬度為40mm，加熱嘴的口徑為3mm，焰芯距3mm，采用紅外線測(cè)溫儀測(cè)定加熱溫度?；鸸?/p>

4、校正用AH32鋼板規(guī)格為1000mm×400mm×16mm,在長(zhǎng)度方向（縱向）中心劃兩條相距40mm的線確定焰道寬度，火工校正溫度為650、950、1100。力學(xué)性能截取焰道縱向拉伸試樣1根，焰道橫向拉伸試樣1根，焰道橫向正反面彎曲各1根，焰道中心沖擊試樣1組，焰道交界線沖擊試樣1組，金相試樣1塊，硬度試樣1塊，取樣和測(cè)試位置如圖13.按“CCS規(guī)范”進(jìn)行制樣并進(jìn)行試驗(yàn)。圖1 鋼板取樣位置示意圖圖2 沖擊試樣缺口軸線位置示意圖圖3 維氏硬度測(cè)試部位示意圖3 試驗(yàn)結(jié)果分析3.1 顯微組織觀察與分析圖4為AH32高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼原材料和650、950、1100火工校正后的顯微組

5、織形貌，放大倍數(shù)為200倍，觀察部位為近焰道面區(qū)域。由圖可知，原材料和不同溫度火工校正后的顯微組織均為鐵素體+珠光體，原材料的部分珠光體組織沿扎制方向呈帶狀分布?；鸸ばＵ蟮娘@微組織中未發(fā)現(xiàn)其它新相析出，但隨火工溫度的升高，AH32鋼板的鐵素體形態(tài)有著較大的差異。相對(duì)于原材料，650火工校正后的晶粒有一定程度的細(xì)化，晶粒較細(xì)小，部分珠光體呈帶狀分布，鐵素體基本呈塊狀，只有少量的片狀鐵素體存在。隨著溫度的升高，晶粒越來(lái)越粗大，塊狀鐵素體數(shù)量減少，片狀鐵素體和針狀鐵素體持續(xù)增多，魏氏體組織越來(lái)越嚴(yán)重。1100時(shí)，大部分鐵素體呈網(wǎng)狀、片狀或針狀，有“過(guò)熱”傾向。原材料 650 950 1100圖4

6、650、950、1100火工校正后的顯微組織形貌3.2 力學(xué)性能測(cè)試與分析圖5為為AH32鋼板高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼在650、950、1100火工校正后的拉伸性能變化曲線。由圖可知，AH32鋼板在三種溫度火工校正后的縱向抗拉強(qiáng)度相比原材料均有小幅的提高，上屈服強(qiáng)度相比原材料：650時(shí)有小幅降低，950時(shí)有小幅提高，1100時(shí)數(shù)值相同。橫向抗拉強(qiáng)度和上屈服強(qiáng)度相比原材料均有小幅的提高?？傮w抗拉強(qiáng)度和上屈服強(qiáng)度變化不大。由圖可知，在650、950、1100火工校正后AH32鋼板的抗拉強(qiáng)度和上屈服強(qiáng)度均在CCS規(guī)范要求的范圍內(nèi)。圖5 650、950、1100火工校正后的拉伸性能變化曲線圖6為AH32鋼板在

7、650、950、1100火工校正后的斷后伸長(zhǎng)率變化曲線。與原材料相比，AH32鋼板的斷后伸長(zhǎng)率變化不大，其中1100時(shí)橫向拉伸的斷后伸長(zhǎng)率下降較多，但也滿足CCS規(guī)范要求。由斷后伸長(zhǎng)率曲線可知，1100以內(nèi)的火工校正工藝對(duì)火工校正區(qū)域塑性的影響不大。圖6 650、950、1100火工校正后的斷后伸長(zhǎng)率變化曲線表1為AH32鋼板在650、950、1100火工校正后彎曲性能檢測(cè)結(jié)果，其中t為鋼板厚度。由表可知，經(jīng)不同溫度火工校正后的AH32鋼板在正彎和反彎工藝試驗(yàn)后均未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的明顯裂紋。表1 AH32鋼板在650、950、1100火工校正后彎曲性能檢測(cè)結(jié)果火工校正溫度/彎芯直徑/mm彎曲角度

8、/(°)檢測(cè)結(jié)果正彎反彎原始板材4t180無(wú)裂紋無(wú)裂紋6504t180無(wú)裂紋無(wú)裂紋9504t180無(wú)裂紋無(wú)裂紋11004t180無(wú)裂紋無(wú)裂紋圖7為AH32鋼板在650、950、1100火工校正后焰道面中心沿厚度方向的維氏硬度變化曲線。由圖可知，經(jīng)火工校正后的區(qū)域接近焰道表面的硬度有一點(diǎn)升高（基體硬度均值為HV145）。焰道表面硬度值最高，隨著沿厚度方向距離的增大，硬度值呈降低趨勢(shì)，在4mm以后，硬度值隨厚度方向距離的增大緩慢下降。表層硬度在650火工校正后為HV169，在1100火工校正后達(dá)到了HV173。隨溫度的升高，各個(gè)部位的硬度值有交叉的提高。但硬度的極差值也只有28（HV10），火工校正溫度對(duì)硬度值的影響不大。圖7 650、950、1100火工校正后的維氏硬度變化曲線圖8為AH32鋼板在650、950、1100火工校正后的沖擊吸收功變化曲線。由圖可知，950和1100火工校正的焰道中心的沖擊吸收功比原材料略高；650火工校正的焰道中心的沖擊吸收功比原材料略低；三個(gè)溫度火工校正的焰道交界線的沖擊吸收功都比原材料有所降低，但降幅不大，火工溫度對(duì)AH32鋼板的沖擊吸收功影響不大，都在CCS規(guī)范要求的范圍內(nèi)。圖8 650、950、1100火工校正后的沖擊吸收功變化曲線4 結(jié)論（1）在經(jīng)過(guò)650、950、1100三個(gè)