潘正軍, 江澤新, 馬金軍, 陳　華

(廣船國(guó)際有限公司, 廣東 廣州 510250)

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Ep6船用鋼水火彎板試驗(yàn)及分析

潘正軍, 江澤新, 馬金軍, 陳華

(廣船國(guó)際有限公司, 廣東 廣州 510250)

摘要水火彎板是船舶制造過程中非常重要的熱加工工藝，作者針對(duì)Ep6船用鋼采用水火彎板工藝進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。通過試驗(yàn)，分析得出加熱溫度、加熱次數(shù)、鋼板的碳當(dāng)量及鋼板供貨狀態(tài)對(duì)于水火彎板后力學(xué)性能的影響。

關(guān)鍵詞水火彎板船用鋼板

0前言

本公司在經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)中承接了冰區(qū)加強(qiáng)型船，水線以上部分基本上都采用了Ep6級(jí)別鋼。對(duì)于帶線型的外板大都需要應(yīng)用水火彎板工藝進(jìn)行加工，由于之前應(yīng)用的鋼板級(jí)別都低于Ep6，且考慮到本船特殊的航行區(qū)域，因此對(duì)Ep6鋼板采用水火彎板后的性能需要進(jìn)行驗(yàn)證，從而為鋼板的選擇提供試驗(yàn)依據(jù)。

1試驗(yàn)材料

由于Ep6鋼目前主要有正火以及TMCP兩種交貨狀態(tài)。正火狀態(tài)鋼屬于傳統(tǒng)的鋼板制造工藝，需要添加合金進(jìn)行強(qiáng)化以及細(xì)化晶粒，其碳當(dāng)量相對(duì)較高，組織以鐵素體和珠光體為主，呈帶狀分布，如圖1所示。TMCP鋼則通過加快軋制后的冷卻速度，不僅抑制晶粒的長(zhǎng)大，且獲得了高強(qiáng)度、高韌性所需的超細(xì)鐵素體組織或者貝氏體組織，如圖2所示。

從理論上分析碳當(dāng)量越高，淬硬傾向越明顯，高溫加熱并且水冷后組織性能也越差。為了擴(kuò)大鋼板選擇范圍，本次試驗(yàn)分別選擇了三個(gè)大型鋼廠生產(chǎn)的三種不同交貨狀態(tài)、不同化學(xué)成分的鋼板，相關(guān)化學(xué)成分及交貨狀態(tài)如表1所示，力學(xué)性能如表2所示。

2水火彎板試驗(yàn)及結(jié)果分析

圖1　Ep6正火鋼金相組織　　　　　　　　　　　圖2　Ep6TMCP鋼金相組織

(1) 試驗(yàn)方法。每種編號(hào)試板切割試塊各三塊，每塊試板尺寸為200 mm×400 mm，鋼板軋制方向與短邊方向相同。火焰加熱方向與長(zhǎng)邊相同，加熱位置集中在短邊中心相連線兩側(cè)各25 mm，如圖3所示。針對(duì)于火工區(qū)域取圓棒拉伸試樣一個(gè)以及沖擊試樣一組，試樣長(zhǎng)度方向及位置分別為平行于以及垂直于試板長(zhǎng)度方向(如圖4所示)。取樣時(shí)，沖擊試樣上表面及圓拉試樣夾持端上表面距離鋼板表面2 mm。水火彎板對(duì)三種編號(hào)試板采用重復(fù)火工三次，且對(duì)B編號(hào)試板在同一溫度下補(bǔ)充火工一次及二次試驗(yàn)，每塊試板的試驗(yàn)條件及要求如表3所示。

表1　試驗(yàn)鋼板化學(xué)成分及交貨狀態(tài)　　　　　　　　　　　　　　　　單位：mm

表2　力學(xué)性能

表3　水火彎板試驗(yàn)條件及要求

備注：火工次數(shù)是指同一位置同一溫度重復(fù)加熱的次數(shù)，重復(fù)加熱是在上一次加熱冷卻到室溫后再次加熱。

圖3　試板及火工位置示意圖　　　　　　　　　　　　圖4　試樣長(zhǎng)度方向及位置圖

(2) 力學(xué)性能。試驗(yàn)后的力學(xué)性能數(shù)據(jù)如表4所示。由表4可知，編號(hào)A試板隨著火工溫度的升高，延伸率和沖擊韌性急劇下降，當(dāng)火工最高溫度達(dá)到850℃時(shí)，延伸率以及沖擊韌性已不能滿足材料本身性能要求；編號(hào)B試板隨著火工溫度的升高，屈服強(qiáng)度以及沖擊韌性明顯下降，當(dāng)火工溫度達(dá)到750℃及以上時(shí)，屈服強(qiáng)度已不滿足最低要求；編號(hào)C試板并未隨著火工溫度升高而發(fā)生性能上的明顯變化。

表4　力學(xué)性能數(shù)據(jù)表

(3) 金相組織。選取A-3以及C-3的金相組織進(jìn)行分析，如圖5、圖6所示。A-3晶粒變粗大，而C-3晶?；疚窗l(fā)生變化，與力學(xué)性能結(jié)果相吻合。

圖5　A-3火工后金相圖　　　　　　　　　　　　　　　圖6　C-3火工后金相圖

3對(duì)比分析

(1) 不同母材在同一火工條件下，以表4內(nèi)A-3、B-3、C-3試板進(jìn)行對(duì)比分析可知，碳當(dāng)量越高，沖擊韌性及塑性下降比率越明顯，屈服及抗拉強(qiáng)度升高比率越高。A-3試板沖擊及延伸率已明顯不能滿足母材性能的最低要求，且抗拉強(qiáng)度已超過標(biāo)準(zhǔn)要求值，而C-3火工后各方面性能變化非常小。

(2) 同一母材在不同火工溫度條件下，由表4可知，編號(hào)A試板隨著火工溫度的升高，延伸率和沖擊韌性急劇下降，屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度逐漸升高，當(dāng)火工最高溫度達(dá)到850℃時(shí)，延伸率以及沖擊韌性已不能滿足材料本身性能要求；編號(hào)B試板隨著火工溫度的升高，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及沖擊韌性逐漸降低，當(dāng)火工溫度達(dá)到750℃及以上時(shí)，屈服強(qiáng)度已不能滿足最低要求；編號(hào)C試板并未隨著火工溫度升高而發(fā)生性能上的明顯變化。

(3) 同一母材在不同火工次數(shù)條件下，以表4內(nèi)B-4、B-5、B-2試板進(jìn)行對(duì)比分析可知，第一次與第二次火工性能變化并不明顯，但進(jìn)行第三次火工后，沖擊韌性發(fā)生明顯降低，其它性能指標(biāo)降低較少。

4結(jié)語

(1) 對(duì)于需要進(jìn)行水火彎板的Ep6船用鋼，應(yīng)選擇碳當(dāng)量較低、采用TMCP等軋制工藝進(jìn)行晶粒細(xì)化的鋼材。

(2) 對(duì)于C或者B類型的鋼，水火彎板的最高加熱溫度可以達(dá)到850℃，加熱次數(shù)可視碳當(dāng)量而定；對(duì)于A類型的鋼，加熱次數(shù)不應(yīng)超過750℃，加熱次數(shù)也不宜超過2次。

參考文獻(xiàn)

[1]IACS.REC_47 Shipbuilding and Repair Quality Standard[S]. 2013.

[2]黃浩. 船體工藝手冊(cè)[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

[3]呂海娜. Ep6高強(qiáng)度船板TMCP工藝優(yōu)化[D].沈陽：東北大學(xué)，2009.

[4]張鵬云.TMCP工藝在船板生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 寬厚板，2009，15(6)：17-19.

[5]羅文家.鋼質(zhì)船舶制造中的水火彎板[J]. 武漢造船，1994(5)：24-25.

[上接第83頁]

經(jīng)過以上試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)值均滿足試驗(yàn)前的預(yù)期結(jié)果，焊接工藝試驗(yàn)獲得DNV船級(jí)社認(rèn)可。

4實(shí)船應(yīng)用

焊接工藝試驗(yàn)取得了DNV船級(jí)社認(rèn)可，在“波維特”輪修理中，不銹鋼艙體換新取得了滿意效果。

通過“波維特”輪異種不銹鋼間的焊接成功實(shí)踐，使我們掌握了S316LN與2205雙相不銹鋼間的焊接，積累了經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)今后船舶建造、修理及改裝結(jié)構(gòu)制造及此類材料的應(yīng)用提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

5結(jié)束語

S316LN和2205不銹鋼抗腐蝕、耐低溫性能良好，但用在不同產(chǎn)品上要求不同，所以不能教條照搬，必須要進(jìn)行焊材、焊接工藝方法選擇和試驗(yàn)研究。

雖然S316LN和2205不銹鋼焊接工藝性能優(yōu)良，若異種不銹鋼焊接處理不當(dāng)，仍會(huì)產(chǎn)生熱裂紋，沖擊韌性也會(huì)不理想。

異種不銹鋼間焊接可能發(fā)生的質(zhì)量問題，對(duì)焊工來說并不是顯而易見的，故在焊接過程中需加強(qiáng)自檢。焊工必須認(rèn)識(shí)到焊縫質(zhì)量取決于是否嚴(yán)格地執(zhí)行焊接工藝，高質(zhì)量焊縫不是偶然產(chǎn)生的，必須依靠可靠的質(zhì)量體系。焊接操作人員應(yīng)該牢記異種不銹鋼的焊接特征，摒棄焊接碳鋼的不良習(xí)慣，才能做好不銹鋼的焊接。

[1]船舶焊接手冊(cè)編寫委員會(huì).船舶焊接手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

[2]張東文. S316L不銹鋼與2205雙相不銹鋼的焊接[J].現(xiàn)代焊接，2009，73(1)：55-56.

[3]劉中青，劉凱.異種金屬焊接技術(shù)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[4]張其樞，堵耀庭.不銹鋼的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[5]周振豐,張文鉞. 焊接冶金與金屬焊接性(第2版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[6]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)．焊接手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

Test and Analysis of Hot Forming with Water Cooling for Ep6 Steel

PAN Zheng-jun, JIANG Ze-xin, MA Jin-jun, CHEN Hua

(Guangzhou Shipyard International Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510250， China)

AbstractHot forming with water cooling is one important procedure in the shipbuilding. This author carries out some test of this procedure for Ep6 steel, and analyse the result. It is educed that the heat maximal temperature, number of hot forming, the CEQ of steel and condition of steel supply will affect the result of mechanics capability mostly after hot forming with water cooling.

KeywordsHot forming with water coolingSteel for hull

中圖分類號(hào)U671

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡(jiǎn)介：潘正軍(1972-)，男，高級(jí)工程師。