大型集装箱船EH47钢的焊接技术研究

本文针对大型集装箱船用EH47钢的焊接工艺进行了研究,从接头设计到焊接参数和焊道布置等方面深入阐述,本项目开发了EH47钢的专用焊接工艺,使焊接接头满足相关性能和CTOD要求。

奥氏体晶粒细化对特厚EH47止裂钢组织性能的影响

常规工艺下特厚船舶用钢奥氏体晶粒细化的程度受限,导致极小尺寸奥氏体晶粒对钢板组织性能的影响尚不明确.利用二次奥氏体化法和热机械控制工艺,研究了细化奥氏体晶粒对特厚EH47止裂钢的显微组织演化及力学性能的影响.结果表明:试轧钢的加热温度从890℃升高至1050℃时,原奥氏体晶粒尺寸从14μm增加至28μm;铁素体含量的降低导致大角度晶界数量比例由57.4%降低至40.5%;马氏体/奥氏体(martenite/austenite,M/A)岛体积分数从2.0%增加至6.5%;钢板的屈服强度从440 MPa提高到488 MPa.890℃轧制钢板的单位体积有效晶界面积为269.0 mm-1,是其显微组织细化、均匀化,并在-100℃时具有241J的冲击功的重要原因.

超大型集装箱船用超高强度钢EH47焊接残余应力模拟与实验研究

超高强度钢EH47广泛应用于超大型集装箱船舱口围板等区域结构中,建造过程中常常伴随着较大的焊接残余应力,直接影响到船体结构的安全及使用寿命。论文基于有限元分析软件ANSYS,对平板对接焊进行模拟,得到焊接残余应力的大小和分布,并采用盲孔法对焊缝区域进行残余应力测量。结果表明:残余应力在靠近焊缝中心及区域附近处表现为拉应力,随着逐渐往焊缝中心靠拢,拉应力迅速增大,当达到焊缝中心附近时拉应力达到最大值。随着逐渐远离焊缝中心,拉应力迅速减小,达到一定距离时转变为压应力,并在距离焊趾2.5 cm处达到压应力最大值,数值模拟结果与试验测量值基本吻合,同时焊后热处理能有效降低有损结构强度的焊接残余应力。

调质热处理对EH47船板钢显微组织的影响

在实验室条件下研究了调质工艺参数(淬火温度870~960℃,回火温度580~670℃)对EH47船板钢显微组织的影响。结果表明:试验钢经调质处理后的显微组织是以针状铁素体为主,含一定量粒状铁素体、准多边形铁素体和粒状贝氏体的混合组织。回火温度相同,随着淬火温度的升高,试验钢的组织更为细小均匀,贝氏体含量稍有增加;淬火温度相同,随着回火温度的升高,组织更为细小,针状铁素体含量增加,贝氏体含量减少。930℃保温30 min淬火、640℃回火30 min的钢的组织最为细小均匀。因此,EH47船板钢的实际调质淬火温度应高于900℃,回火温度控制在580~640℃。

变形工艺参数对高强船板钢EH47显微组织的影响

在热模拟实验机上采用单道次压缩法对高强船板钢EH47在不同变形条件下的高温变形行为以及变形工艺参数对显微组织的影响进行了研究。结果表明:高强船板钢EH47在不同变形条件下的应力-应变曲线均为动态回复型。随着变形温度升高、变形速率降低,高强船板钢EH47的变形抗力减小。随着变形温度升高、变形速率降低,高强船板钢EH47的硬度减小。这实验结果与显微组织分析结果相一致。

冷速和终冷温度对低温大变形高强船板钢EH47显微组织的影响

在热模拟机上进行了大变形后冷却速度和终冷温度对EH47钢板显微组织影响的热模拟试验。通过OM和TEM观察了试验钢的显微组织。结果表明,钢板组织主要由针状铁素体和贝氏体以及少量的粒状铁素体组成。随冷却速度和终冷温度增加,贝氏体增加。当终冷温度为650℃时,试验钢组织中板条贝氏体含量较多,针状铁素体较少,板条束更加细小密集;变形后冷却速度增大,组织中针状铁素体和贝氏体的混合组织分布得更加均匀,变形后的晶粒尺寸也更细小,在晶界间有少量的析出物;当冷却速度为10℃/s时,通过TEM可以观察到钢板中明显的M/A岛以及孪晶组织。

预热对EH47高强钢厚板残余应力影响的数值模拟

为了解焊前热工序对应用于超大型集装箱船的EH47高强度钢厚板中焊接残余应力的影响,采用有限元分析软件建立高强度钢厚板对接焊的数值模型,计算获得不同预热温度条件下焊接残余应力的大小及分布及不同板厚下预热温度的影响规律。

20000 TEU集装箱船EH47高强度钢焊接设计

针对超大型集箱船建造中EH47高强度钢的焊接问题,结合材料性能分析和相关图纸确定焊接方法、坡口形式及焊接工艺,探讨并采用相关的无损检测技术,达到保证焊缝质量、确保船舶安全的目的。

EH47止裂钢关键焊接技术在工程中的研究应用

随着船舶行业的快速发展,万箱级以上的超大型集装箱船越来越受欢迎,随之而来对钢板材料的要求也越来越高。止裂钢主要应用于超大型集装箱的舱口围顶板、腹板、主甲板、舷顶列板,以及抗扭箱的纵骨、甲板等受力和载荷大的位置,其厚度为50~90mm,因此要求钢板具有高强度、高的低温韧性、高应变性、高止裂性和良好的焊接性。而EH47止裂钢因具备以上要求的优良性能,故备受船东的青睐。为确保EH47止裂钢的焊缝性能满足要求,对其焊接过程中的注意事项进行总结,并与之选用的焊材进行匹配试验。通过焊接工艺试验来验证其焊接性,从而确保良好的焊缝性能。

EH47止裂钢奥氏体连续冷却转变行为

采用Gleeble-3800热模拟实验机测定了Nb-Ti-V微合金化0.04~0.08C-0.6~1.2Ni-0.1~0.5Cr-0.1~0.5Cu大型集装箱船用EH47止裂钢在0.05~50℃/s冷速下连续冷却转变的膨胀曲线,结合光学显微镜的微观组织观察,得出了该钢奥氏体连续冷却转变过程中的CCT曲线;研究了EH47止裂钢连续冷却转变产物的组织形态和显微硬度。结果表明,EH47止裂钢在0.05~50℃/s冷却速率下的组织主要由铁素体+珠光体、针状铁素体+贝氏体组成,即使冷却速度达到了50℃/s,组织中仍然未见马氏体出现。

变形量对EH47止裂钢组织和显微硬度的影响

利用MMS⁃200热模拟机试验进行单道次压缩试验,研究了奥氏体未再结晶区变形量对EH47止裂钢组织演化及显微硬度的影响。结果表明,变形量从15%增大到60%时,原奥氏体晶粒长宽比从1.2±1.4增加至2.7±2.3;显微组织形态由粗化的贝氏体向细化的铁素体贝氏体转变;大角度晶界比例(HAGB)由34.6%升高至61.7%,有效晶粒尺寸从4.5±5.9μm减小至3.4±4.2μm;硬度从230 HV50降低至211 HV50。变形60%试样的奥氏体晶粒在相变前具有106.7 mm-1的单位体积有效界面积,是其显微组织细化、均匀化的根本原因。在原奥氏体晶粒边界形核、长大并相互接触的铁素体晶粒,提高了20°~47°取向差范围内的HAGB比例(21.5%),是其具有61.7%HAGB的关键。高含量的铁素体、位错密度的降低、再结晶晶粒比例的增加是显微硬度降低的主要原因。

EH47止裂钢过冷奥氏体等温相变行为

采用高分辨热膨胀相变仪研究了EH47止裂钢过冷奥氏体等温冷却条件下的相变行为,利用扫描电镜(SEM)对试验钢在不同相变条件下的微观组织特征进行表征,基于获得的膨胀量曲线变化规律及微观组织特征,讨论了试验钢在不同等温相变条件下过冷奥氏体的演变规律。结果表明:在40℃/s冷却速率下,试验钢的相变开始温度为628~636℃;当等温相变温度介于630~570℃时,试验钢过冷奥氏体在等温转变过程中出现相变不完全现象;当等温温度为600和570℃时,试验钢的相变产物为由针状铁素体(AF)、贝氏体铁素体(BF)、粒状贝氏体(GB)及马氏体(M)组成的复相组织;当等温温度为540、510和480℃时,试验钢相变产物为由AF、贝氏体(B)及GB组成的复相组织,M消失。对于试验用EH47止裂钢而言,为了获得由AF、BF及GB构成的复相组织,需保证等温温度介于540~480℃,等温时间不少于10 min,以避免相变产物中出现M等组织。

高强船板钢EH47的连续冷却相变

通过热模拟试验对高强船板钢EH47在连续冷却条件下的相变行为以及显微组织演变进行了研究。研究结果表明:冷却速度增加,可以加快高强船板钢EH47铁素体和贝氏体转变,抑制珠光体转变。随着冷却速度增加,铁素体含量减少,贝氏体含量增加,几乎不存在珠光体组织;同时随着冷却速度增加,显微组织变得越来越细小均匀,EH47钢硬度增加。通过对比研究高强船板钢EH47不同冷却速度下的硬度值可以发现,变形提高了加工硬化程度,在冷却速度相同的情况下,变形EH47钢的硬度较未变形EH47钢的硬度有所增加,但增加幅度不大。