船板钢是宽厚板的主要专用板品种之一。我国是造船业大国,对船板钢的需求巨大。随着国力的增强,船舶制造正在向大型化、高速化和高新技术化发展。船舶吨位越大,要求板面也越大以减少焊缝。以建造2.7万吨货轮为例,用3600毫米钢板建造,比之用1800毫米钢板,全船焊缝长度可减少26%。使用宽板不仅节约焊材,减少焊接量,而且也提高安全度。另一方面,大型船舶为了减轻自重,增加载重,提高船舶整体性能,也力求增加高强度船板用量。如采用屈服强度为400MPa的高强度船板取代普通强度船板,自重可减少四分之一以上。目前,一些重要的特殊船舶已要求使用屈服强度590~780MPa的钢板。据报道,到2010年我国造船能力将达到2300万吨,需要船板900万吨,其中高强度船板占近40%。由此可见,我国造船业的发展将为高强度船体结构钢的应用提供广阔的应用前景。
为了适应这种需求,必须研发高性能船板钢。研发的核心是合金设计和冶金工艺。
最初的船板钢使用铁素体加珠光体的碳锰低合金钢,在强度与韧性上都已不能满足要求。贝氏体钢尽管具有较高的强度,但在较高碳含量下,其冲击韧性与焊接性能较差。近年来的工作表明,以大幅度降低碳含量,并选用多种微合金元素组合的微合金化为成分特征的超低碳贝氏体钢,可以显著改善韧性,并且可获得高屈服强度。目前超低碳贝氏体钢的屈服强度可达500~900MPa,同时又具有较低的冲击转变温度、优良的焊接性能。所以超低碳贝氏体钢被国际上公认为2l世纪的新一代钢铁材料。根据现有研究成果,碳含量应控制在0.15wt%以下,有的主张在0.05%左右;所选用的微合金元素主要是Nb、V、Ti。Nb的基本作用是细化晶粒,同时也有降低转变温度以促进贝氏体形成的作用;V不仅可通过形成VN来细化铁素体晶粒(VN有高的促进铁素体形核能力),而且有明显的析出强化作用;Ti除了能产生沉淀强化作用之外,还可通过形成熔点很高的TiN质点,有效抑制奥氏体晶粒长大,对于提高焊接性能极为重要。
上述合金设计只有结合TMCP技术(ThermoMechanicalControlProcess:温度形变控制工艺)才能达到性能目标。实际上,这种控制轧制和控制冷却方法是生产低合金高强度钢板最普遍采用也是最经济的技术措施。目前的研发动态是轧后加速冷却和直接淬火工艺的应用。研究表明,直接淬火钢板比相同成分的重新加热后淬火钢板具有更好的淬透性,并能更好地发挥微合金元素回火时的析出强化效应,同时对氢脆有更高的抗力。(一员)
