超快冷工藝對高強船板力學性能和組織的影響

超快冷工藝對高強船板力學性能和組織的影響

控制切割和冷卻（tcp）技術充分利用了控制致密裂紋（cr）對非再結晶區(qū)（i）上的累積和變形，并進一步顯示了鋼的微結構。鞍鋼4300mm厚板生產線自1999年建成層流冷卻(AcC)裝備后生產了大量的TMCP管線鋼和船用鋼產品1制備工藝及熱模擬實驗實驗鋼在轉爐和LF爐外精煉后澆鑄成230mm厚連鑄板坯,其化學成分如表1。實驗鋼化學成分除C、Si、Mn和微量Nb、Ti、Al外,沒有添加其它合金元素,為典型的工業(yè)生產AH32高強船板成分。同一爐鋼的兩塊連鑄坯加熱到1150~1200℃保溫5h后出爐,經高壓水除鱗后采用奧氏體再結晶區(qū)和非再結晶區(qū)兩階段控制軋制到厚度30mm。軋制后分別采用工藝A(A鋼)進行UFC冷卻和工藝B(B鋼)進行AcC冷卻,具體控軋控冷工藝如表2所示。根據國家標準GB/T2975、GB/T228.1和GB/T229,從鋼板取樣進行全厚度橫向拉伸性能檢驗和橫縱向10mm×10mm×55mmV型缺口試樣的系列溫度夏比沖擊檢驗。焊接熱模擬實驗在Gleeble-3800機上進行,峰值溫度分別為1250℃和950℃,線能量分別設為15kJ/cm和50kJ/cm,熱模擬HAZ試樣進行-40℃夏比沖擊試驗。從鋼板取金相試樣經拋光和4%硝酸酒精溶液腐蝕后在ZEISSAxiovert200MAT光學顯微鏡和FEIQUANTA400掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察顯微組織,并采用截線法分別統(tǒng)計了A鋼和B鋼不同厚度位置的約200個鐵素體晶粒尺寸。2結果2.1力學能力表3顯示了A鋼和B鋼拉伸性能和-40℃橫縱向沖擊功,并與船級社規(guī)范2.2晶粒尺寸特征圖2和圖3對比了A鋼和B鋼近表面、1/4厚度和1/2厚度處的顯微組織。A鋼組織由多邊形鐵素體+少量針狀鐵素體+粒狀貝氏體+少量珠光體組成,鐵素體平均晶粒尺寸在10μm以下,晶粒度為11.5級,貝氏體分布均勻,珠光體尺寸細小。而B鋼組織為多邊形鐵素體+珠光體,鐵素體晶粒粗大,平均晶粒尺寸在15μm至25μm之間,晶粒度為9.5級,珠光體較粗呈塊狀分布。圖4顯示了兩種鋼厚度方向上鐵素體晶粒尺寸統(tǒng)計對比情況,A鋼鐵素體晶粒尺寸細小均勻,且厚度方向差異小,而B鋼鐵素體晶粒尺寸粗大且分布不均勻,厚度方向差異較大,心部晶粒明顯粗大。從圖5的SEM顯微照片可以清楚地看出A鋼奧氏體快速冷卻轉變的粒狀貝氏體和針狀鐵素體形貌特征,幾微米的細小珠光體和貝氏體均勻分布于鐵素體之間,鐵素體體積分量約78%。而B鋼鐵素體和珠光體均很粗大,珠光體尺寸可達20μm,鐵素體含量約85.5%,這是因為低冷速條件下鐵素體和珠光體得以充分長大。2.3沖擊韌性測定表4對比了A鋼和B鋼的焊接熱模擬試樣-40℃沖擊功。峰值溫度為1250℃時,兩者沖擊功沒有明顯差別,線能量15kJ/cm的試樣沖擊功均高于50kJ/cm,但值仍然較低。在峰值溫度950℃條件下,線能量從15kJ/cm提高到50kJ/cm時,A鋼和B鋼的沖擊韌性均急劇降低,但15kJ/cm線能量的A鋼沖擊功比B鋼沖擊功低一些。這種差異是否顯著可用如圖6所示的效應正態(tài)圖來分析。以焊接熱模擬試樣沖擊功為響應,以峰值溫度、線能量和實驗鋼冷卻工藝為因子進行正態(tài)概率圖分析,可以看出對沖擊功影響顯著的因子是峰值溫度和線能量,表明在當前實驗條件下UFC和AcC對熱影響區(qū)沖擊韌性的影響沒有顯著差異。3尺寸對的影響鋼板軋后冷卻過程中先發(fā)生γ→α轉變,α在γ晶界和高位錯密度變形帶形核并向周圍γ基體長大γ→α轉變過程中,C、Mn等元素富集到剩余γ相中。如果轉變時冷速足夠大,將促進滲碳體析出并抑制其長大。此時將產生類似晶界釘扎效果,進一步減小α晶粒尺寸。軋后加速冷卻更容易生成細小的珠光體甚至貝氏體組織顯微組織尺寸決定了鋼的性能,其強度與晶粒尺寸關系可用Hall-Petch關系公式(2)表示其中σ將平均晶粒尺寸代入公式可計算得出A鋼的ITT比B鋼低約42℃,此外A鋼珠光體含量減少也會進一步降低ITT,這與圖1中的系列沖擊曲線結果相符。焊接熱模擬實驗初步結果表明與峰值溫度和輸入線能量兩個因素相比,UFC和AcC對焊接熱影響區(qū)的韌性影響的差異很小。在高的峰值溫度和線能量條件下,熱影響區(qū)沖擊韌性均很差,這可能與AH32鋼中Ti等微合金含量不合理有關。在當前實驗條件下,與AcC鋼相比,UFC鋼晶粒還未細化到導致其熱影響區(qū)晶粒粗化出現明顯差異的程度,但足以顯著提高鋼的強度和韌性。在采用UFC進行產品性能升級和合金減量化時,需考慮到焊接材料和工藝的匹配性。若簡單將AH32升級為EH36,常規(guī)力學性能固然可以提升,但其焊接性能未必滿足EH36要求。因此還需對UFC鋼焊接性能進一步研究。4ufc與acc工藝的比較1)與AcC相比,軋后采用UFC工藝極大細化鋼的顯微組織并提高了其在厚度方向的均勻性,使α晶粒度提高到11.5級,并細化了貝氏體和珠光體;2)與AcC相比,軋后采用UFC工藝使鋼板屈服強度提高54MPa,-40℃沖擊功提高100J以上,大幅降低鋼板韌脆轉變溫度,同時明顯改善了橫縱向沖擊韌性