應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)研究

1、濟(jì)鋼NVB級(jí)船板應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)研究摘要：研究了不同塑性變形量的應(yīng)變時(shí)效對(duì)NVB鋼板的強(qiáng)度、塑性及低溫韌性和脆性轉(zhuǎn)變溫度的影響，結(jié)果表明，NVB鋼板的應(yīng)變時(shí)效敏感性較低，經(jīng)5時(shí)效后仍具有較好的低溫韌性。通過(guò)微觀組織分析，不同溫度下試樣的金相組織以鐵素體和少量珠光體為主，20 斷口形貌為韌窩狀，0-40斷口出現(xiàn)準(zhǔn)解理形貌，帶狀組織易導(dǎo)致材料韌性的惡化，鈣硅酸鹽類非金屬夾雜物對(duì)脆性轉(zhuǎn)變溫度有不良作用，容易加速鋼板的脆化傾向。 關(guān)鍵詞：船板；應(yīng)變時(shí)效；塑性變形；低溫韌性；沖擊斷口 中圖分類號(hào)：TG142.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-4620（2007）06-0046-03Experim

2、ental Research on Strain Aging Sensitivity of Jinan Steels NVB Grade Ship PlateHOU Deng-yi，DU Shu-bo （The Technology Center of Jinan Iron and Steel Co., Ltd., Jinan 250101, China）Abstract：The effect of different plastic deformation strain ageing on the performance of NVB Ship Plate steel has been st

3、udied which includes strength, ductility, low temperature toughness and brittle transition temperature. As a result, NVB Ship Plate steel is less sensitive to strain ageing, and after 5 aged, the plate still has good low temperature toughness. By means of microstructure analysis, microstructure and

4、impact fracture morphology in different temperature have been discussed. The results show, the metallographic structure most is ferrite and pearlite. The impact fracture morphology is dimple figure in 20 and quasi-cleavage fracture in 0-40 . Banded structure worsens toughness and the nonmetallic inc

5、lusions has negative for brittle transition temperature. Key words：ship plate; strain ageing; plastic deformation; low temperature impact toughness; impact fracture1 前 言應(yīng)變時(shí)效敏感性試驗(yàn)是一種測(cè)定材料應(yīng)變時(shí)效后在沖擊狀態(tài)下對(duì)缺口破壞的敏感性的試驗(yàn)。在船舶的制造過(guò)程中，鋼板要經(jīng)過(guò)各種加工、成形、裝配、焊接等工藝過(guò)程。由于冷加工塑性變形及焊接內(nèi)應(yīng)力變形使鋼材強(qiáng)度與硬度升高而塑性與韌性下降的現(xiàn)象，稱為應(yīng)變時(shí)效1。因此，鋼材的應(yīng)變時(shí)效

6、必然對(duì)船舶的使用性能產(chǎn)生不利影響。為了保證形變后鋼板的韌性和艦船安全性，有必要對(duì)鋼材的時(shí)效性能進(jìn)行研究。我國(guó)艦船規(guī)范中也規(guī)定應(yīng)變時(shí)效性能的研究是船用材料中不可缺少的試驗(yàn)項(xiàng)目2。目前，B級(jí)船板的產(chǎn)量、用量在我國(guó)船體用結(jié)構(gòu)鋼板中占有很大比重，其應(yīng)變時(shí)效性能的研究具有較大的價(jià)值。2 材料與試驗(yàn)方法2.1 材料試驗(yàn)選用濟(jì)鋼第一煉鋼廠中板廠生產(chǎn)線生產(chǎn)的厚度為14 mm的NVB船板，成分及常規(guī)性能如表1、表2所示。表1 NVB級(jí)船板的化學(xué)成分 %CSiMnPSAlsCeq0.210.500.500.0350.0350.0070.38表2 NVB船板常規(guī)性能規(guī)格/mms/MPab/MPa5/%0沖擊功，Ak

7、v/J冷彎，180°D=2a1435050025.5189合格2.2 試驗(yàn)方法所有試樣均為橫向取樣，按照GB41602004的規(guī)定，先刨成12 mm×30 mm×300 mm的扁樣坯，分別拉伸至2.0%、5.0%和7.5、10.0%的永久變形，然后取拉伸變形標(biāo)距內(nèi)的一段加工成夏比V型缺口試樣，在爐內(nèi)均勻加熱到（250±10），并在此溫度下保溫1 h（人工時(shí)效），空冷到室溫，然后與沒(méi)有進(jìn)行時(shí)效的試樣在20-40 下分段做沖擊試驗(yàn)。最后測(cè)定應(yīng)變時(shí)效前后鋼板沖擊值的降低率，即應(yīng)變時(shí)效敏感性系數(shù)C：（1）式中 未經(jīng)受應(yīng)變時(shí)效的沖擊吸收功的平均值； 為經(jīng)受規(guī)定應(yīng)變

8、并人工時(shí)效后沖擊吸收功的平均值。3 試驗(yàn)結(jié)果NVB船板的系列溫度和不同變形量的試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可以看出，隨著變形量的增加，應(yīng)變時(shí)效后鋼的強(qiáng)度增加，延伸率急劇下降，同一溫度下的沖擊功呈明顯降低趨勢(shì)，與應(yīng)變時(shí)效的定義相吻合。根據(jù)系列沖擊值計(jì)算應(yīng)變時(shí)效敏感性系數(shù)C，結(jié)果見表4。表3 應(yīng)變時(shí)效對(duì)性能的影響變形量/%s/MPab/MPa5/%Akv/J冷彎，180°D=2a2002040035050025.519218915259完好2.037953022.01621358327完好5.041256117.0111823212完好7.547660012.098612211完好10.052

9、16687.06518102完好表4 不同溫度和變形量下的時(shí)效敏感性系數(shù)變形量/%時(shí)效敏感性系數(shù)/20020402.0152845545.0424978797.54867858110.066909396由表4可知，NVB船板鋼在2.0%、5.0%、7.5%應(yīng)變時(shí)效后其室溫下的時(shí)效敏感系數(shù)均小于50%，且隨著溫度的降低而增大。另外，變形量大，則時(shí)效敏感系數(shù)增加的幅度亦大。在-20 下變形量為2.0%時(shí)的時(shí)效敏感系數(shù)仍小于50%，即使在-40 下變形量為2.0%時(shí)，時(shí)效敏感系數(shù)略高于50%，這說(shuō)明NVB船板鋼的時(shí)效敏感性很低。為了深入研究應(yīng)變時(shí)效對(duì)沖擊韌性的影響，分別對(duì)不同變形量和不同溫度的沖擊值

10、做時(shí)效沖擊功AKV與溫度的關(guān)系曲線，見圖1。對(duì)不同變形量的脆性轉(zhuǎn)變溫度（Tre）做脆性轉(zhuǎn)變溫度與變形量的關(guān)系曲線，如圖2所示。1變形量0%，Tre-30；2變形量2.0%，Tre-20；3變形量5.0%，Tre-10；4變形量7.5%，Tre-6；5變形量10.0%，Tre15圖1 時(shí)效沖擊功Akv與溫度的關(guān)系圖2 脆性轉(zhuǎn)變溫度與變形量的關(guān)系由圖1、圖2可以看出，隨著變形量的增加，沖擊功逐漸減少，變形量為10.0%時(shí)，沖擊功減至最小值。NVB級(jí)船板5.0%應(yīng)變時(shí)效后的沖擊功在-20 時(shí)仍高于技術(shù)要求所規(guī)定的27 J，達(dá)到32 J；7.5%應(yīng)變時(shí)效后的沖擊功在-20 時(shí)為22 J，略低于27 J

11、。這說(shuō)明NVB船板經(jīng)5.0%、7.5%應(yīng)變時(shí)效處理后仍具有較好的韌性。脆性轉(zhuǎn)變溫度隨著變形量的增加而升高，NVB船板從-30 升到15 ，即使10.0%應(yīng)變時(shí)效后，其Tre仍達(dá)到15 ，在7.5應(yīng)變時(shí)效后，其Tre仍達(dá)到-6 ，說(shuō)明NVB船板經(jīng)2.0%7.5%時(shí)效后仍然有好的止裂能力。4 分析與討論4.1 金相分析對(duì)該批NVB船板時(shí)效沖擊（變形5.0）后的試樣進(jìn)行金相分析，試樣組織如圖3所示。 圖3 NVB船板不同溫度下時(shí)效沖擊試樣的金相組織從圖3可以看出，該鋼主體組織為典型碳素鋼具有的鐵素體，僅有少量的珠光體，存在一定的帶狀組織。根據(jù)鋼的顯微組織評(píng)定方法（GB/T 13299）對(duì)其評(píng)級(jí)，介于

12、A1.01.5級(jí)之間。該級(jí)別的帶狀組織雖然對(duì)產(chǎn)品性能沒(méi)有嚴(yán)重影響，但在一定程度上會(huì)導(dǎo)致材料韌性的惡化。4.2 沖擊斷口形貌觀察對(duì)該批NVB船板時(shí)效沖擊（變形5.0）后的受壓側(cè)試樣斷口進(jìn)行SEM觀察，斷口形貌見圖4。 圖4 NVB船板不同溫度下的時(shí)效沖擊斷口形貌 500×由圖4可知，0-40 斷口出現(xiàn)準(zhǔn)解理形貌。20 時(shí)，試樣斷口具有韌窩斷口的形貌特征，而且韌窩尺寸細(xì)化，說(shuō)明韌性最好；0 時(shí)，試樣斷口具有大部分韌窩+小部分準(zhǔn)解理的形貌特征，并且韌窩大小不均，說(shuō)明0 時(shí)效韌性較之20 變差；-20 和-40 時(shí)，試樣斷口基本都是典型的準(zhǔn)解理斷口形貌，可以清晰地看到河流花樣、扇形花樣、解理

13、臺(tái)階和撕裂棱等準(zhǔn)解理斷口的典型微觀形貌特征，說(shuō)明-20 及-40 下的時(shí)效沖擊幾乎全部為脆斷。同時(shí)對(duì)20 時(shí)試樣斷口進(jìn)行更高倍數(shù)的SEM觀察，發(fā)現(xiàn)在韌窩底部存在一定量的呈球狀任意分布的非金屬夾雜物，從其光學(xué)特性看，主要是鈣硅酸鹽類，見圖5。圖5 NVB船板20 時(shí)效沖擊（5.0）斷口形貌 1000×通過(guò)對(duì)圖5夾雜物進(jìn)行金相法評(píng)級(jí)，非金屬夾雜物分別為A1.5、B1.0、D1.5級(jí)?？梢钥闯?，鋼質(zhì)不純對(duì)低溫時(shí)效沖擊性能有一定的不良影響，如果需要更高級(jí)別的鋼板，則需進(jìn)一步降低雜質(zhì)含量。4.3 O、N分析應(yīng)變時(shí)效的實(shí)質(zhì)在于形成柯氏氣團(tuán)，在低碳鋼和低合金鋼中對(duì)應(yīng)變時(shí)效起主要作用的是固溶于-Fe中的間隙原子N、C。而氧對(duì)形變時(shí)效沒(méi)有大的影響。碳、氮的作用在于形成柯氏氣團(tuán)，對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，這些被釘扎的位錯(cuò)不能運(yùn)動(dòng)，而為了進(jìn)行范性形變，必須增加應(yīng)力，以便在應(yīng)力集中處（晶界或夾雜物邊界）形成新的位錯(cuò)。新的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)將被釘扎的大量位錯(cuò)交割，受到后者的阻礙，這就是鋼的韌性降低的原因。通過(guò)對(duì)該批NVB船板進(jìn)行O和N分析，含量分別為 26 g/g和 76g/g。 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有明確的規(guī)定，一般生產(chǎn)控制中盡量降低O、N含量。從該批產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果看，N含量稍高，