1 前言

 

重鋼為打造中國(guó)船舶用鋼精品基地，在十二五計(jì)劃開(kāi)局之年，將船用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重心移向厚規(guī)格、超高強(qiáng)度船用鋼板，填補(bǔ)重鋼在超高強(qiáng)度船用鋼方面的空白。

 

從上世紀(jì)50年代開(kāi)始，船舶制造業(yè)向大型化、高速化、自動(dòng)化方向發(fā)展。船舶的大型化、高速化和海洋油氣田的開(kāi)發(fā)，為高強(qiáng)度船板鋼的應(yīng)用提供了廣闊的前景。同時(shí)，為了保證船舶的安全航行和使用可靠性，從強(qiáng)度、韌性、疲勞性能、焊接性和耐腐蝕性能方面，也對(duì)船板鋼提出了更高的要求。因此，世界各大鋼鐵企業(yè)在不斷地進(jìn)行滿足不同性能要求的船板鋼的研發(fā)。國(guó)內(nèi)外其他鋼廠早已開(kāi)始研制各級(jí)別高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度、特厚規(guī)格的船鋼及海洋平臺(tái)用鋼。雖然重鋼在特厚規(guī)格、高強(qiáng)度船鋼領(lǐng)域起步較晚，但發(fā)展進(jìn)步較快。自中厚板廠4100mm寬厚板產(chǎn)線于2009年投產(chǎn)以來(lái)，已經(jīng)先后獲得九國(guó)船級(jí)社普通級(jí)別船鋼、高強(qiáng)度級(jí)別船鋼（32、36級(jí)別）的生產(chǎn)資質(zhì)，最大規(guī)格達(dá)80mm。

 

E47（E460）作為目前船用鋼板中的高級(jí)別產(chǎn)品，主要用于制造萬(wàn)標(biāo)箱級(jí)及其以上遠(yuǎn)洋船舶殼體及大型海洋平臺(tái)。船殼鋼材用量占全船重量的60%左右，其工作環(huán)境惡劣，不僅受海水的化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和海洋生物、微生物的腐蝕，還要承受風(fēng)浪沖擊和交變負(fù)荷作用，再加上船舶加工成型復(fù)雜等原因，這就要求船體結(jié)構(gòu)用鋼要有純凈度高、強(qiáng)度高、塑韌性好、焊接性能優(yōu)異和耐腐蝕性佳等幾大特點(diǎn)。

 

為了滿足E47對(duì)綜合機(jī)械性能的高要求，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，重鋼以Q550D鋼板為基礎(chǔ)，運(yùn)用微合金化機(jī)理，結(jié)合控軋控冷工藝進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)試制。       

 

重鋼于2011年正式進(jìn)行該產(chǎn)品的研發(fā)試制工作，經(jīng)過(guò)多輪煉鋼和軋鋼試驗(yàn)，研發(fā)組已從機(jī)理上基本掌握了高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼成分、工藝、組織、性能相互間的關(guān)系，為進(jìn)一步批量生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

 

2 開(kāi)展成分設(shè)計(jì) 確定工藝路線

 

研發(fā)組以挪威船級(jí)社規(guī)范（2011年1月和5月版）作參考，對(duì)E47的化學(xué)成分、交貨狀態(tài)以及力學(xué)性能進(jìn)行了規(guī)定，確定了E47船板具體生產(chǎn)工藝流程：鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→RH處理→連鑄機(jī)連鑄→鑄坯堆碼冷卻→鑄坯精整→鋼坯加熱→控軋→ACC冷卻→矯直→探傷→火切→檢驗(yàn)。

 

3 組織試制試驗(yàn)

 

根據(jù)E47試生產(chǎn)成分控制要求，冶煉3爐鑄坯，初次試驗(yàn)軋制4塊E47鋼板，厚度規(guī)格為70mm。

 

通過(guò)對(duì)3爐鋼煉鋼生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行跟蹤，煉鋼工序（冶煉、精煉及連鑄）控制穩(wěn)定，鋼中氣體含量控制較好，化學(xué)成分均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，無(wú)成分出格情況，鑄坯表面質(zhì)量較好，無(wú)缺陷報(bào)廢情況。

 

軋鋼通過(guò)明確開(kāi)/終軋溫度、壓下道次、壓下量、冷卻速度等工藝參數(shù)并全程跟蹤，軋制4塊鋼板，整體板形較好。對(duì)初次試生產(chǎn)的4塊鋼板進(jìn)行了全斷面、1/4厚度和1/2厚度拉伸試驗(yàn)，1/4和1/2橫向沖擊試驗(yàn)，時(shí)效沖擊試驗(yàn)和焊接試驗(yàn)等，綜合評(píng)價(jià)初次試生產(chǎn)的4塊鋼板初試性能合格率達(dá)到75%。

 

重鋼研發(fā)組前后經(jīng)過(guò)5輪的試制試驗(yàn)和成分工藝優(yōu)化，E47鋼板的成分、煉鋼、軋鋼工藝控制達(dá)到預(yù)期要求。經(jīng)檢驗(yàn)試驗(yàn)，鋼板表面及外形質(zhì)量、力學(xué)性能基本滿足船規(guī)要求。

 

4 創(chuàng)新成果

 

重鋼研發(fā)組通過(guò)采用合理的微合金成分設(shè)計(jì)及TMCP工藝技術(shù)路線，結(jié)合4100mm厚板軋機(jī)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出最大厚度為70mm的A（H）40-E（H）40、A（H）420-E（H）420、A（H）460-E（H）460、D47、E47產(chǎn)品，以及滿足抗層狀撕裂的Z向性能要求的TMCP船體和海洋平臺(tái)用鋼系列產(chǎn)品。此外還進(jìn)行了厚度方向性能檢驗(yàn)、探傷檢驗(yàn)、CTOD 檢驗(yàn)、DWTT檢驗(yàn)和化學(xué)分析檢驗(yàn)等試驗(yàn)，檢驗(yàn)指標(biāo)均符合各船級(jí)社要求，并在2011年順利通過(guò)了CCS、DNV、GL三國(guó)船級(jí)社的認(rèn)證。

 

重鋼取得了以下主要?jiǎng)?chuàng)新成果：

 

一是多元復(fù)合微合金化成分設(shè)計(jì)技術(shù)。采用低碳成分設(shè)計(jì)思路，充分利用微量碳氮化物形成元素Nb、V、Ti，以及少量Cr、Ni、Mo、Cu等合金元素的復(fù)合作用，合理設(shè)計(jì)成分配比，以達(dá)到強(qiáng)度、韌性、焊接性等綜合機(jī)械性能的合理匹配。

 

二是煉鋼“窄成分”控制技術(shù)。采用先進(jìn)的LF+基于機(jī)械真空泵RH的精煉技術(shù)，達(dá)到精確控制鑄坯化學(xué)成分，減少鑄坯偏析和微裂紋的目的，為軋鋼工序提供優(yōu)質(zhì)鑄坯。

 

三是實(shí)現(xiàn)TMCP控制技術(shù)在E40、E47生產(chǎn)中的全面使用。結(jié)合物理冶金理論研究成果，利用實(shí)驗(yàn)室手段，測(cè)定其臨界轉(zhuǎn)變溫度，包括奧氏體再結(jié)晶溫度、奧氏體鐵素體轉(zhuǎn)變溫度、貝氏體轉(zhuǎn)變溫度Bs點(diǎn)等，指導(dǎo)制定了科學(xué)合理的TMCP兩階段控軋工藝和ACC冷卻工藝，充分發(fā)揮4100mm軋機(jī)和ACC設(shè)備冷卻能力，精準(zhǔn)控制組織類(lèi)別和配比，得到理想的機(jī)械性能。

 

四是低壓縮比生產(chǎn)特厚規(guī)格鋼板技術(shù)。摸索重鋼300mm斷面鑄坯軋制70mm特厚超高強(qiáng)度E47工藝，合理分配粗軋精軋兩階段道次變形量和累計(jì)變形量，結(jié)合合理變形溫度、冷卻溫度和冷卻速度，成功開(kāi)發(fā)出70mm超高強(qiáng)度船板E47。

 

5 形成批量生產(chǎn)能力

 

重鋼已形成A（H）420-E（H）420、A（H）460-E（H）460、D47、E47，抗層狀撕裂的Z向性能要求的TMCP船體和海洋平臺(tái)用鋼穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品綜合質(zhì)量穩(wěn)定，累計(jì)生產(chǎn)銷(xiāo)售超高強(qiáng)度船板E47一萬(wàn)余噸，均已交付用戶(hù)使用。產(chǎn)品焊接性能好，可免除船舶建造和海洋工程建設(shè)的預(yù)熱工序，降低焊接成本，提高焊接生產(chǎn)效率，具有很高的社會(huì)效益，已在江蘇揚(yáng)船物資有限公司、江蘇新?lián)P子造船有限公司和國(guó)內(nèi)其它船廠得到廣泛應(yīng)用，獲得了用戶(hù)的認(rèn)可。產(chǎn)品達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，擴(kuò)大了重鋼在船板生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)地位，并且部分核心產(chǎn)品打破了國(guó)外壟斷，成功地向世界最大的萬(wàn)標(biāo)箱船供應(yīng)了該類(lèi)型船板。

 

重鋼E47產(chǎn)品填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)批量生產(chǎn)該級(jí)別超高強(qiáng)度特厚船板的市場(chǎng)空白，并使重鋼形成了船用鋼板品種系列化。重鋼研發(fā)組將針對(duì)現(xiàn)有成分設(shè)計(jì)、設(shè)備情況、軋制工藝方面存在問(wèn)題及對(duì)應(yīng)解決措施進(jìn)行總結(jié)分析，以進(jìn)一步提高E47質(zhì)量水平。