我国高品质船舶、海洋工程用钢研究进展

在介绍船舶、海洋工程用钢基本性能要求的基础上,重点介绍了具有代表性的原油船货油舱用耐蚀钢及大热输入量焊接用钢的材料特征、技术难点及研究进展。在比较国内外船舶和海洋工程用钢开发差距的基础上,提出了我国发展这两种钢的对策。

不同焊接方法下440 MPa级海洋工程用钢焊接接头组织和力学性能研究

使用CO2气体保护焊和手工电弧焊对16 mm厚的440 MPa级海洋工程用钢板进行了对接试验,对比了两种焊接方法下焊接接头的组织和力学性能。结果表明,CO2气体保护焊焊缝组织主要为针状铁素体、侧板条铁素体和少量残余奥氏体,而手工电弧焊的焊缝组织主要为针状铁素体、粒状贝氏体以及少量残余奥氏体,两者热影响区粗晶区组织均为板条结构;气体保护焊焊缝的硬度低于手工焊的,且其接头硬度分布更不均匀;相对于手工电弧焊,气体保护焊焊缝强度较高,塑性较差,-40℃下的冲击功远低于手工电弧焊的;两者冲击断口均为准解理断口形貌,但手工焊断口有许多延性脊,改善了韧性。

安钢开发海洋工程用钢的分析研究

介绍了海洋工程用钢的种类、市场前景和发展趋势,就安钢开发海洋工程用钢的必要性和可行性进行了分析研究。

550MPa级特厚海洋工程用钢连续转变行为研究

测定了550 MPa级特厚海洋工程用钢在不同冷速下的相变点并绘制了其CCT曲线,结合显微组织观察分析了其连续转变行为。结果表明:当冷却速度≤1℃/s时,试验钢CCT曲线上高温相变区和低温相变区分离,在高温区域产生先共析铁素体和珠光体,低温区则获得M/A,且珠光体发生了不同程度的退化。当试验钢冷却速度在3~20℃/s时,能够获得以贝氏体为主的组织,但贝氏体的类型由粒状贝氏体(GB)转化为板条贝氏体(LB);当冷却速度>20℃/s,组织中开始出现马氏体。

690MPa高强度海洋工程用钢1000～1100℃热变形行为

通过Gleeble 3800热模拟机试验研究了690 MPa高强度海洋工程用钢(/%:0.12~0.15C,1.05~1.20Mn,0.5~0.7Cr,1.0~2.0Ni,0.5~0.6Mo,0.3~0.6Cu,0.015~0.035Nb,0.008~0.020Ti,0.04~0.07Alt)420mm连铸板坯,在1 000~1 100℃,20%形变量,应变速率0.05~5 s^(-1)时的热变形行为,得出该钢真应力-应变曲线,应变硬化率-变形曲线、热变形本构方程和动态再结晶热激活能。结果表明,在同一试验温度下,随着应变速率的增加,变形应力相应的增加;而随着变形温度的增加,变形应力相应的降低;该试验钢的动态再结晶激活能为499 954.0 J/mol。

我国厚板轧机生产船舶及海洋工程用钢的适应性

1 综述船舶和海洋工程钢结构大都在船厂制造。我国船厂的钢结构产量并不很大,目前全国约年产几百万吨,但是在预处理、线型准确、装配精度和焊后涂装等方面的水平较高,所以国民经济中很多部门的钢结构都委托船厂生产制造。

亚稳奥氏体对高强度海洋工程用钢力学性能的影响

采用力学性能测试、组织观察等方法研究临界退火和不同温度回火对海洋工程用钢显微组织和力学性能的影响.结果表明,实验钢经两相区退火和不同温度回火后,获得了回火马氏体及不同体积分数(0~6%)的残余奥氏体.随实验钢中残余奥氏体体积分数的增加,屈服强度从753 MPa降低到506 MPa,抗拉强度介于794~843 MPa,屈强比从0.9降低到0.6,延伸率从31.3%提高到36.2%.实验钢中残余奥氏体能够提高冲击塑性变形能力并阻碍裂纹扩展,在-80℃冲击功达到236 J,然而热稳定性差的残余奥氏体在低温下优先转变成马氏体并降低了低温韧性,冲击功下降到136 J.

淬火温度对620 MPa级海洋工程用钢组织及性能的影响

研究了不同淬火温度对620 MPa超高强海洋工程用钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:实验钢经两相区淬火+回火处理后的组织为板条状铁素体和回火索氏体,其强度较低,低温韧性较高,当使前驱体调整为马氏体时,导致铁素体板条束尺寸缩短和增宽,最终实验钢强度下降,低温冲击韧性变化不明显;实验钢经完全奥氏体相区淬火+回火处理后的组织为回火索氏体,其强度较高,低温冲击韧性较低,当调整前驱体为马氏体后,最终形成了更加细小均匀的回火索氏体组织,此时其强度变化不明显,但低温冲击韧性得到较大提升。

材料基因工程及其在海洋工程用钢中的应用

近年来,随着我国海洋资源开发不断走向深水,海洋工程装备对材料的性能要求不断提高,设计和开发高性能钢铁材料已经成为海洋工程材料的主要发展趋势之一。应用传统的“试错法”开发新材料虽然能避开物理机制不明的制约,但研发周期长、成本高、效率低。“材料基因组”思想应运而生,材料的设计逐渐由“炒菜式”向理性设计改变。而材料基因工程以“研发周期缩短一半、研发成本降低一半”为目标,为新材料的研发提供了新的方向。文中在对材料基因工程的基础理论与方法、关键技术、发展现状等方面总结分析的基础上,提出了海洋工程用钢材料基因化的设计思路。短期来看可以缩短研发周期同时降低成本,长期来看还可以实现海洋工程用钢的按需设计,充实钢铁材料数据库,为后续的材料计算与开发提供依据。

冶炼工艺对大热输入海洋工程用钢E36N组织性能的影响研究

采用新工艺及传统工艺冶炼的两种海洋工程用正火态钢E36N进行热输入为200 kJ/cm的焊接热影响区热模拟实验,在-20℃的条件下检测焊接热模拟试样的冲击功值,在光学显微镜下观察其金相组织,在扫描电镜下观察冲击断口形貌以及夹杂物情况,研究在相同的大热输入条件下,两种冶炼工艺得到的E36N钢的熔合线附近的粗晶热影响区组织及其低温韧性。结果表明,传统工艺冶炼得到的E36N钢的焊接热模拟组织主要为贝氏体+少量铁素体,热影响区(HAZ)的低温韧性较差。新工艺冶炼得到的E36N钢的焊接热模拟组织为少量晶界铁素体、少量多边形铁素体及大量针状铁素体,HAZ具有良好的低温韧性。

宝钢在海洋工程用钢领域的营销实践

宝钢5m厚板自2005年投产以来,在船舶及海洋工程用钢产销研团队的共同努力下,通过采用先期介入模式,以船舶用钢市场为基础,借助海洋工程装备市场大力发展契机,与用户共同推进海洋工程用钢的市场开发,开创了产品市场差异化道路,赢得了市场和用户的一致认可。

海洋工程用钢成分和组织及其H型钢生产工艺的研究进展

随着我国海洋发展战略的实施,海洋工程用钢的需求和开发将成为国内钢铁行业新的增长点,海洋工程用钢的成分设计、组织设计和生产工艺研究已成为学者们重点关注的热点领域。海洋工程用钢板和H型钢由于断面差异较大,在加工工艺的安排上存在一定差异。本文综述了海洋工程用钢的研究现状及进展,介绍了其成分设计特点及其合金化机理,分析了其不同强度级别的组织设计特征,并从加热温度、轧制和冷却3个方面阐述了海洋工程用钢板和H型钢的生产工艺特点,并对海洋工程用钢生产技术的研究重点进行了总结和展望。

开冷温度对420MPa级海洋工程用钢延伸性能的影响

针对工业生产的420 MPa级海洋工程用钢进行了研究。采用轧后弛豫相变技术对实验钢板微观组织进行控制,得到3种不同铁素体与贝氏体(F/B)比例的双相组织钢板。借助改进的C-J分析方法和应变硬化曲线,分析了硬质相贝氏体比例和软质相铁素体晶粒尺寸对钢板变形过程中加工硬化行为的影响,并通过EBSD技术验证了双相组织在不同变形阶段的协调变形行为。同时,还分析了两相区弛豫过程中碳扩散对双相组织形貌的影响。结果表明:对于EH420实验钢板,控轧后弛豫开冷温度在650~750℃范围内,贝氏体比例随开冷温度的降低而增加且贝氏体弥散分布程度降低;铁素体平均晶粒尺寸随开冷温度的降低而增大且铁素体出现局部混晶现象,其原因是开冷温度越低则钢板在Ar1到Ar3温度区间停留时间越长,先共析铁素体中碳原子向奥氏体的扩散进行得越充分,导致奥氏体碳富集区域面积增加,快速冷却后转变的贝氏体比例增加、弥散分布程度降低,同时铁素体局部晶粒粗化。钢板拉伸过程的塑性变形主要贡献自铁素体,铁素体比例越高、铁素体平均晶粒尺寸越小,钢板的应力指数mⅡ越低,且mⅡ阶段持续过程更长,出现颈缩时的应变值越大,钢板的延伸性能也越好。因此,提高铁素体比例、铁素体晶粒尺寸均匀性和贝氏体的弥散分布程度是提高EH420钢板延伸性能的主要途径。

低碳低合金及含铜海洋工程用钢的研究及其发展

随着海洋资源的不断开采和利用,对深海及极地用海洋工程关键部位用钢强韧性等综合性能提出了更高的要求;开发具有更高强塑性,低屈强比,良好的低温韧性、焊接性以及耐腐蚀性等综合性能优良的钢材是海洋工程用钢的发展方向。介绍了国内外低碳低合金海洋工程用钢的研究和发展概况,分析了该类钢种制造过程中面临的问题,对铜在低碳高强钢中的作用以及含铜海洋工程用钢的研发情况进行了综述。

高性能船舶及海洋工程用钢的开发

对高性能船舶及海洋工程用钢的需求背景与研究进展进行了综述,并介绍了高品质船舶及海洋工程用钢的发展方向。海洋石油工业的飞速发展给造船及海洋工程用钢提出了高强度、高韧性、大线能量焊接、良好的耐腐蚀性以及大厚度、大尺寸规格的要求。

淬火温度对E550海洋工程用钢组织与性能的影响

对控轧控冷态60 mm厚的E550海洋工程用钢分别进行860、890、930℃的奥氏体化淬火,650℃的回火,使用扫描电子显微镜和电子背散射衍射技术对热处理后钢板的组织和力学性能进行研究。结果表明:调质处理钢板的屈服强度随着淬火温度的升高不断增加,而抗拉强度和伸长率基本保持不变。860℃淬火后的组织细小均匀,晶内有大量小角度晶界存在,冲击吸收能量在188～335 J之间;890℃淬火,晶粒尺寸有所增加,且晶粒间多以大角度晶界为多;930℃淬火,由于温度较高,相邻奥氏体晶粒间出现相互吞并生长现象,冲击吸收能量很不稳定,最低仅为20 J。

回火温度对EH890海洋工程用钢耐蚀性能的影响

为探究回火温度对EH890海洋工程用钢耐蚀性能的影响,采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜分析了原始淬火态和不同回火温度下EH890钢的物相及微观组织,通过电化学试验研究了不同热处理状态下的腐蚀行为,并结合显微硬度、位错密度计算分析了回火温度对其腐蚀的影响规律。结果表明,EH890钢原始淬火态组织为板条贝氏体,少量粒状贝氏体及准多边形铁素体和薄膜状残留奥氏体,随着回火温度的提高,贝氏体板条不断粗化,铁素体与残留奥氏体分解转化,回火温度达到350℃时,贝氏体边界处开始析出弥散细小的碳化物及第二相。随回火温度的升高,试样钢的耐蚀性能呈现先上升后下降的趋势。一方面,回火处理降低了因淬火产生的高位错密度,减轻试样的腐蚀倾向;另一方面,随着回火温度的升高,弥散第二相不断从基体析出,与基体形成局部电偶作用,破坏钝化膜的完整性,降低钝化膜对基体的保护作用,降低腐蚀抗力。在两种因素的综合作用下,经350℃回火试样表面形成了更具保护性的钝化膜,表现出最佳的耐蚀性能。

690MPa级海洋工程用钢的高温热塑性

利用LINSEIS L78 RITA相变仪和Gleeble3800热模拟试验机,测定了FH690海洋工程用钢相变转化的温度点和热塑性区。结果表明：在1150～780℃温度范围时,断面收缩率都在60%以上,热塑性很好;在1300～1150℃温度范围时,属于第Ⅰ脆性区,断裂原因为有大量的液相薄膜存在;在780～620℃温度范围时,断面收缩率逐渐降低,属于第Ⅲ脆性区,出现塑性最低值39.5%,原因是由奥氏体转化成的铁素体膜引起的。

550 MPa级海洋工程用钢板低温韧性波动原因分析

550 MPa级海洋工程用钢在低温冲击功波动较大。为了进一步探究产生低温韧性波动的原因,在不同温度(-100℃~室温)对试验钢进行冲击试验。结合光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜等设备,分析冲击断口、显微组织、第二相、夹杂物。结合热力学计算等对低温韧性波动原因进行分析讨论。结果表明,试验钢强度满足等级要求,随着温度降低冲击吸收功不断降低,韧脆转变温度为-50℃左右。在-60℃下冲击功出现较大波动,出现了18 J的极低值,断口为准解理断裂,剪切断面率为8%,裂纹源处存在Ti,Nb(C,N)和MnS的复合夹杂。而在相同温度下冲击功为122 J的试验钢,剪切断面率为34%,断口发现有明显的韧窝。试验钢组织主要为回火贝氏体加极少量铁素体,贝氏体板条中存在高密度位错,晶界上有(Fe,Cr)_(3)C合金渗碳体与少量NbC和富Cu析出相。试验钢以小角度晶界为主,大角度晶界占比较低。基体中有少量(Ca,Al,Mg,Mn,S)等复合夹杂物,多呈近圆形和多边形,大小多为1~3μm,占检测到的总数量的85.87%。占比例最高的是CaS-Oxide-MnS类夹杂,为31.2%。热力学计算结果表明试验钢凝固过程中TiN先于MnS析出。晶界与晶内粗大的析出相、夹杂物、较高比例的小角度晶界与塞积的不可动位错等多种因素对低温冲击韧性产生不利影响,存在大颗粒含钛析出相是造成冲击韧性波动大的关键原因。