1.国内外高强度船板钢的研发现状和发展.pdf

1、 第32卷第5期 262011年l0月 特殊钢 SPECIAL STEEL Vo132No5 October 2O1 1 国内外高强度船板钢的研发现状和发展 陈妍齐殿威吴关庆 (鞍钢股份公司技术中心，鞍山114009) 摘要概述了近年来高强度船板钢的重点研发领域 低温韧性、优良耐腐蚀性、大线能量焊接性、疲劳性能 等研究，介绍了最新高强度船板钢的研究和开发特点，生产典型高强度船板钢的关键技术。当前船板钢的开发趋 势为通过低C、高Mn、复合微合金化、控轧控冷工艺和表面技术生产高强度、高韧性、耐腐蚀和制造工艺性能优良的 船用钢板。 关键词 高强度船板钢微合金化韧性焊接性控轧控冷研究和发展 R&D P

2、resent Status and Progress of High Strength Ship Plate Steel At Home and Abroad Chen YanQi Dianwei and Wu Meiqing (Technology Center，Ansteel Co Ltd，Anshan 1 14009) Abstract Key R&D field for high strength ship plate steel in resent years including low temperature toughness，excel lent corrosion resis

3、tance，weldability with high heat input welding and antifatigue performance of steel has been summarized in articleThe characteristics of research and development of new high strength ship plate steels and key technologies to produce typical high strength plate steel are presentedAt present the trend

4、 of development of ship plate steels is to produce high strengthtoughness，excellent corrosion resistance and manufacturing performance ship plate steel by using low C，high Mn， multicomponent microalloying technologies combining with control rollingcooling and surfaee technologies Material Index High

5、 Strength Ship Plate Steel，Microalloying，Toughness，Weldability，Control RollingCooling， Research and Development 船舶的大型化、高速化以及海洋油气田的开发， 为高强度船用钢的应用提供了广阔的前景，同时，为 了保证船舶的安全航行和使用的可靠性，从强度、韧 性、疲劳性能、焊接性以及耐腐蚀性能方面，也对船 用钢提出了更高的要求。因此，世界各大钢铁企业 也在不断地进行满足不同性能要求船板钢的研发。 本文主要对2010年公开的高强度船用钢专利进行 分析，揭示其研发现状和发展趋势。 1 专利公司公

6、开的总体情况 2010年首次公开船舶及 海洋平台用钢相关专利98件， 其中包括可用作高强度船板的 专利73件。2010年公开的高 强度船板钢的重点研发领域见 表1。 2高强度船板钢的研发特点 最新公开的船板钢研发成 果设计成分均以低碳、增锰和 微合金化为主。成分设计特点 fL一Cr= 高强度船板钢轧制工艺的研究大多采用TMCP (ThermoMechanical Control Process)工艺，通过再结 晶区轧制重新细化奥氏体晶粒，在非再结晶区轧制使 奥氏体晶粒伸长，结合冷却制度，控制累计压下量，获 得规定性能的钢板。除此之外，在最新公开研发成果 中，还包括两种非常规轧制方法，其特点如下

7、： (1)特殊的细化奥氏体晶粒技术：经过奥氏体 再结晶区域轧制后在奥氏体未再结晶区域进行累计 压下率40以上的轧制，然后急速将中间坯加热至 表1 最新高强度船板钢研发领域 Table 1 Recent research and development field for high strength ship plate steels 公司 韧性 耐腐蚀性 焊接性 疲劳性能 JFE 强度、韧性匹配 覆醇箫 锰载舱用钢 神户 性；覆驾器 篆载舱甩钢 住友金属z向性能 篆载舱用钢板的耐腐 POSCO 低温韧性 嚣油舱用钢板的耐腐 现代制铁 一 一 宝钢 低温韧性 一 大线能量焊接性能 一 大线能量焊

8、接性能 萑 生 大线能量焊接性能 一 焊接变形量小的厚板；疲劳裂纹产生 大线能量焊接性能 和止裂性能 大线能量焊接性能 一 大线能量焊接性能 一 大线能量焊接性能 一 第5期 陈妍等：国内外高强度船板钢的研发现状和发展 27 表2最新研发高强度船板钢的成分设计特点 Table 2 Composition design characteristics of recent stud- ied and developed high strength ship plate steels Ar3相变点以上到奥氏体再结晶区域，之后再与TM cP工艺相结合，获得优良韧性 。 (2)2次热轧工艺：为了解决钢板

9、中Ni偏析(含 2O一45Ni)问题，先将板坯加热至1 250 1 380，保温8 h，压下比12100，最后1道次 前温度8001 250 oC，空冷到300 oC，然后再加热 到9001 270，压下比20400，最后1道次前 温度为6801 000 cC，2次热轧后，进行水冷，时间 在100 S以内，终冷温度在200 oC以下，获得低温韧 性和强度各向异性小的钢板 J。 3典型高强度船板钢的关键技术 31韧性优良的船板钢 311 止裂韧性 JFE和神户制钢公开的止裂韧性优良的船板钢 均是以提高母材韧性为出发点，JFE是通过控制轧 制条件和板厚方向的织构，即提高板厚14部位 100取向强度

10、，进一步提高母材韧性以实 现止裂；神户制钢是控制母材的化学成分(调整固 溶B含量)和内部组织，提高板厚1412厚度位 置的韧性以实现止裂。止裂韧性优良船板钢的化学 成分实例、关键技术分别见表3、表4_l J。 312低温韧性 宝钢F40级、沙钢F460级和F550级HSLA钢 板、神户制钢低碳贝氏体钢板等低温韧性优良船板 钢主要采用低C，Nb、V、Ti微合金化，结合控轧控冷 保证船板具有优良的低温韧性。但对于一定厚度的 超高强度船板钢，特别是F620和F690级的船板钢， 是难以通过微合金化和控轧控冷工艺获得所需要的 屈服强度和低温韧性的。为此，沙钢采用复合添加 Ni、Cu，结合加热一保温一两

11、阶段轧制一空冷热处理工 艺，开发出F620级低温冲击韧性良好的船板钢。新 日铁主要采用加入Ni元素，配合特殊的轧制工艺实 现一70韧性优良。典型低温韧性优良船板钢的 化学成分、关键技术分别见表3、表4_l J。 313强韧匹配 JFE从两个途径实现晶粒细化提高韧性：(1)采 用上述特殊的细化奥氏体晶粒的方法，获得l5 m 以下奥氏体晶粒，抗拉强度950 MPa，韧脆转变温 度一4O以下；(2)采用两相区大累计压下率轧制， 使铁素体连续再结晶，将铁素体晶粒细化到3 m 以下，并与cu或Nb的析出强化相结合，获得良好 的韧性(表3、表4) 。 32大线能量焊接性能优良的船板钢 通常情况下，HAZ(

12、Heat-affected Zone)强度和 冲击韧性随输入线能量的增大而降低。为解决 表3典型的具有优良止裂韧性、良好低温韧性或高强韧性船板钢的化学成分 Table 3 Chemical composition of typical ship plate steels with excellent crack arrest property，better low temperature tough- hess or high strength-toughness performance 28 特殊钢 第32卷 表4优良止裂韧性、良好低温韧性或高强韧性船板钢的关键生产技术和性能 Table 4

13、 ey prlnUc echnologies a眦properties of ship plate steels with excellent crack arrest property，better low temper ature toughness or high strengthtouahness HAZ韧性问题，国内外相继开展 大线能量焊接用 钢的研究工作： (1) 钢通过对钢中析出物(TiN或ZrB，)和 或夹杂物(氧化物和包裹于其上的MnS)形态的控 制，最终实现优良的500 kJcm以下的大线能量焊 接性 (2)JFE通过：降低C和P含量，抑制焊接加 热时奥氏体晶粒粗大，在冷却

14、过程中促进晶内铁素 体乍成，同时减少MA量；控制Ca、S、O含量，满 足0 l，形成CaS和 MnS复合硫化物，控制硫化物形态改善大线能量焊 接韧性；减少Mo、Nb等强碳化物形成元素的含 量，增加弱碳化物形成元素Mn的含量以及加入 cu、Cr等元素，抑制MA生成。 (3)对f 500 kJera以上的大线能量HAZ韧性 优良铡板的研发，神户制钢在低C、增Mn的成分设 i1前提F，根据化学成分的含量，使Ti、A1、ca的氧 化物系灾杂物适当地分散，并控制其大小，实现 HAZ韧性良好，同时通过控制钢的晶粒直径和MA 量，获得了母材低温韧性良好的效果。另一种研发 思路是采用控制TiN的数量和大小的方

15、法，实现 HAZ韧性良好，同时进一步抑制规定位置的MA生 成，实现母材韧性优良。 (4)住友金属通过调整化学成分，控制TiN 值，控制钢板表面和中间部位的硬度，实现50 H1HI 以卜钢板400 kJcm以上的火线能量焊接性良好 (5)POSCO的研发思路是利用(TiMg)O或 (TiMg)O一(Ti，B)N的复合析出的数量和大小，并 适当分布，促进针状铁素体和多边铁素体形成 实 现100 kJcm以上的大线能量焊接性良好 大线能 量焊接韧性优良的高强度船板专利的化学成分和关 键技术分别见表5和表6 ， - 33耐腐蚀性能优良的船用钢 331压载舱用钢材 JFE侧重对涂膜损伤部位如抑制腐蚀进一

16、步 恶化，在钢中添加Sn、sb、w等几素，并结合含zn干 w底漆，延长钢材寿命；神户制钢侧重在高泓条什 下，暴露在恶劣腐蚀环境下钢材的耐蚀性， C、Si、 Mn、A1等基本组成成分基础 添加cu、Ni等死索 的钢材，并对底漆组成物的成分、平均粒 和界面的 粗糙度等方面进行控制，实现防腐蚀。JFE和神 第5期 陈妍等：国内外高强度船板钢的研发现状和发展 29 表5大线能量焊接性优良的典型高强度船板钢化学成分 Table 5 Chemical composition of typical high strength ship plate steels with excellent hiigh he

17、at input welding performance 表6大线能量焊接性优良的典型高强度船板钢的关键生产技术和性能 Table 6 Key produce technologies and properties of typical high strength ship plate steels with excellent high heat input welding performance 制钢研发的压载舱用钢材的化学成分和关键技术如 表7和表8所示 。 332原油舱用钢材 日本研发原油舱用钢材的主要思路是通过研究 整体和局部腐蚀机理，从成分设计角度提高耐腐蚀 性能，JFE主要是适量

18、添加cu、Cr、Sn、sb、w等元 素，在钢板表面形成致密锈层，并配合涂有锌或含锌 涂层延长海水或原油腐蚀环境下钢材的使用寿命。 神户制钢是适当调整C、Si、Mn、A1等成分，特别是 控制(Cu+Ni)S及S含量，调整钢材表面粗糙度， 在钢材表面形成以锌为主要成分的涂层，在减少腐 蚀发生量的前提下抑制生成物脱落(表7、 表8) ， 。 4高强度船用钢的发展趋势 (1)船板开发总的趋势是向着高强度和高韧性 方向发展。为适应使用环境要求和提高生产效率， 满足低温韧性和大线能量焊接性能也成为船板需具 备的性能，从公开的最新研发成果来看，目前，国内 外有关低温韧性的研究基本上是采用低C高Mn、Ti 表

19、7优良耐蚀性船用钢材的化学成分 Table 7 Chemical composition of steel products for ship with excellent corrosion resistance 用途 公司 C Si Mn S P A1 N Cu Ni Cr Ti Ca Mo 其他 压载胍(】07呲8 1o6()007 0010 0028 0(】03 2 o17 039【)_(】l o02 o 00l 8 o05 s0n-0驯003159 ；W_o-O1 舱 翕。s。z s。 0008 0028一。 。 。z-一 一 一 原油 o14 o33 099 oool 4 o0o8

20、 o033 ooo2 6 o07 008 0ll1一 一 一 。 嘶； 舱 神白 箱钿 5 0-30 0 95 0-002 0015 036 026 0 20 0O1 0002 0 一 Zr-O02 30 特殊钢 第32卷 等元素微合金化配合TMCP工艺，大线能量焊接性 能的研究方向为利用微合金化元素细化晶粒、氧化 物夹杂促进晶内铁素体生成以及降低强碳化物形成 元素、加入弱碳化物形成元素降低MA量。 (2)随着研发的不断深入，传统的TMCP工艺 还将会不断地发展和演变，同时，提高生产率和适合 参考文献 i神户制钢厚壁钢板及其制造方法CN，J01633994DBOL 2009-0722 I 20

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22、 Zone and Has Small Strength Anisotropy and Process for Manufacturing Same：W1PO，WO2010038470DBOL 2009，10_o1 201O4)4 08 jhttp：v3cspacenet compublicationDetailsbiblio?DB= EP0D0Cadjaeent：truelocale=en EPFT=Ddate= 20100408CC：WONR=2010038470A1KC：A1 4宝钢高强度高韧性zr-B复合微合金钢及其生产方法CN， 1016600921 DBOL12008-0827I

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27、 of Crude Oil 工业化生产的技术也将不断涌现。 (3)近年，日本和韩国对耐腐蚀船板钢进行了大 量的研究，尤其是日本针对原油舱和压载舱的腐蚀机 理进行了深入地研究。在今后的一段时间内，对耐腐 蚀涂层材料的组成以及提高钢材表面锈层致密性等 方面的研究仍然是耐腐蚀船板钢的主要研发方向。 Tanker：JP，2010150582f DBOL 2008一l224f 2010-07-08 fhttp： wwwl9ipd1inpitgo pPA1cgibinPAlDETAIL JFEMethod for Manufacturing High Strength High Toughness Ste

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