2016AH32高強船板鋼火工工藝摸索

1、AH32高強度船板鋼火工工藝摸索李劍鋒摘要：采用拉伸試驗機、擺錘式?jīng)_擊試驗機、彎曲試驗機、金相顯微鏡、維氏硬度計等研究了650、950、1100三個溫度火工校正后AH32高強度船體結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能和顯微組織的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明：在經(jīng)過650、950、1100三個溫度火工校正后，AH32高強度船體結(jié)構(gòu)鋼顯微組織均為鐵素體+珠光體，隨著火工校正溫度的升高，晶粒粗大，塊狀鐵素體數(shù)量減少，片狀鐵素體和針狀鐵素體增多，魏氏體越來越嚴重。在1100火工校正溫度時AH32鋼板的強度，硬度，塑性和韌性變化不大，都能滿足CCS規(guī)范對AH32鋼板的要求。關(guān)鍵詞：AH32高強度船體結(jié)構(gòu)鋼；火工校正；力學(xué)性能；顯微

2、組織1 引言高強度船體結(jié)構(gòu)鋼具有高強度、良好的塑性、低溫沖擊韌性、優(yōu)良的冷彎等加工性能和可焊性等一系列的優(yōu)點，符合大型船舶、海工產(chǎn)品等建造輕量化、專業(yè)化的發(fā)展趨勢以及低碳經(jīng)濟和綠色船舶的概念，因而近年來在船舶及海洋工程裝備領(lǐng)域的應(yīng)用大幅增加。在船體建造時，船體各部分的構(gòu)件在加工、裝配以及焊接過程中，由于應(yīng)力的存在會發(fā)生不同程度的波浪、彎曲和翹曲等變形，特別是焊接加工時的影響最大。為保證船體的裝配精度和外觀質(zhì)量，消除船體局部的應(yīng)力集中，一般采用火工校正的方法來矯正變形。但是高強度船體結(jié)構(gòu)用鋼為低碳低合金鋼，對溫度較為敏感，不同的加熱溫度對其組織狀態(tài)和力學(xué)性能的差異較大，極易造成沖擊韌性和塑性的大

3、幅下降。目前AH32高強度船體結(jié)構(gòu)鋼在公司散貨船上的使用比例達到了70%，在船體外板等暴露位置更是達到了90%之多，研究不同火工校正溫度對AH32高強度船體結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能和顯微組織的影響，對公司船舶建造中AH32板的規(guī)范使用和火工工藝具有良好的指導(dǎo)意義。本文研究了650、950、1100三個溫度火工校正空冷后AH32高強度船體結(jié)構(gòu)鋼強度、韌性、塑性、硬度和顯微組織的變化規(guī)律，并按照中國船級社材料與焊接規(guī)范（以下簡稱“CCS規(guī)范”）中對AH32的要求進行評定。2 試驗材料與方法火工校正工藝采用丙烷火焰加熱，焰道寬度為40mm，加熱嘴的口徑為3mm，焰芯距3mm，采用紅外線測溫儀測定加熱溫度?；鸸?/p>

4、校正用AH32鋼板規(guī)格為1000mm×400mm×16mm,在長度方向（縱向）中心劃兩條相距40mm的線確定焰道寬度，火工校正溫度為650、950、1100。力學(xué)性能截取焰道縱向拉伸試樣1根，焰道橫向拉伸試樣1根，焰道橫向正反面彎曲各1根，焰道中心沖擊試樣1組，焰道交界線沖擊試樣1組，金相試樣1塊，硬度試樣1塊，取樣和測試位置如圖13.按“CCS規(guī)范”進行制樣并進行試驗。圖1 鋼板取樣位置示意圖圖2 沖擊試樣缺口軸線位置示意圖圖3 維氏硬度測試部位示意圖3 試驗結(jié)果分析3.1 顯微組織觀察與分析圖4為AH32高強度船體結(jié)構(gòu)鋼原材料和650、950、1100火工校正后的顯微組

5、織形貌，放大倍數(shù)為200倍，觀察部位為近焰道面區(qū)域。由圖可知，原材料和不同溫度火工校正后的顯微組織均為鐵素體+珠光體，原材料的部分珠光體組織沿扎制方向呈帶狀分布?；鸸ばＵ蟮娘@微組織中未發(fā)現(xiàn)其它新相析出，但隨火工溫度的升高，AH32鋼板的鐵素體形態(tài)有著較大的差異。相對于原材料，650火工校正后的晶粒有一定程度的細化，晶粒較細小，部分珠光體呈帶狀分布，鐵素體基本呈塊狀，只有少量的片狀鐵素體存在。隨著溫度的升高，晶粒越來越粗大，塊狀鐵素體數(shù)量減少，片狀鐵素體和針狀鐵素體持續(xù)增多，魏氏體組織越來越嚴重。1100時，大部分鐵素體呈網(wǎng)狀、片狀或針狀，有“過熱”傾向。原材料 650 950 1100圖4

6、650、950、1100火工校正后的顯微組織形貌3.2 力學(xué)性能測試與分析圖5為為AH32鋼板高強度船體結(jié)構(gòu)鋼在650、950、1100火工校正后的拉伸性能變化曲線。由圖可知，AH32鋼板在三種溫度火工校正后的縱向抗拉強度相比原材料均有小幅的提高，上屈服強度相比原材料：650時有小幅降低，950時有小幅提高，1100時數(shù)值相同。橫向抗拉強度和上屈服強度相比原材料均有小幅的提高?？傮w抗拉強度和上屈服強度變化不大。由圖可知，在650、950、1100火工校正后AH32鋼板的抗拉強度和上屈服強度均在CCS規(guī)范要求的范圍內(nèi)。圖5 650、950、1100火工校正后的拉伸性能變化曲線圖6為AH32鋼板在

7、650、950、1100火工校正后的斷后伸長率變化曲線。與原材料相比，AH32鋼板的斷后伸長率變化不大，其中1100時橫向拉伸的斷后伸長率下降較多，但也滿足CCS規(guī)范要求。由斷后伸長率曲線可知，1100以內(nèi)的火工校正工藝對火工校正區(qū)域塑性的影響不大。圖6 650、950、1100火工校正后的斷后伸長率變化曲線表1為AH32鋼板在650、950、1100火工校正后彎曲性能檢測結(jié)果，其中t為鋼板厚度。由表可知，經(jīng)不同溫度火工校正后的AH32鋼板在正彎和反彎工藝試驗后均未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的明顯裂紋。表1 AH32鋼板在650、950、1100火工校正后彎曲性能檢測結(jié)果火工校正溫度/彎芯直徑/mm彎曲角度

8、/(°)檢測結(jié)果正彎反彎原始板材4t180無裂紋無裂紋6504t180無裂紋無裂紋9504t180無裂紋無裂紋11004t180無裂紋無裂紋圖7為AH32鋼板在650、950、1100火工校正后焰道面中心沿厚度方向的維氏硬度變化曲線。由圖可知，經(jīng)火工校正后的區(qū)域接近焰道表面的硬度有一點升高（基體硬度均值為HV145）。焰道表面硬度值最高，隨著沿厚度方向距離的增大，硬度值呈降低趨勢，在4mm以后，硬度值隨厚度方向距離的增大緩慢下降。表層硬度在650火工校正后為HV169，在1100火工校正后達到了HV173。隨溫度的升高，各個部位的硬度值有交叉的提高。但硬度的極差值也只有28（HV10），火工校正溫度對硬度值的影響不大。圖7 650、950、1100火工校正后的維氏硬度變化曲線圖8為AH32鋼板在650、950、1100火工校正后的沖擊吸收功變化曲線。由圖可知，950和1100火工校正的焰道中心的沖擊吸收功比原材料略高；650火工校正的焰道中心的沖擊吸收功比原材料略低；三個溫度火工校正的焰道交界線的沖擊吸收功都比原材料有所降低，但降幅不大，火工溫度對AH32鋼板的沖擊吸收功影響不大，都在CCS規(guī)范要求的范圍內(nèi)。圖8 650、950、1100火工校正后的沖擊吸收功變化曲線4 結(jié)論（1）在經(jīng)過650、950、1100三個