重钢开发并批量生产E47超高强度造船用特厚钢板

1 前言

 

重钢为打造中国船舶用钢精品基地，在十二五计划开局之年，将船用产品开发的重心移向厚规格、超高强度船用钢板，填补重钢在超高强度船用钢方面的空白。

 

从上世纪50年代开始，船舶制造业向大型化、高速化、自动化方向发展。船舶的大型化、高速化和海洋油气田的开发，为高强度船板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可靠性，从强度、韧性、疲劳性能、焊接性和耐腐蚀性能方面，也对船板钢提出了更高的要求。因此，世界各大钢铁企业在不断地进行满足不同性能要求的船板钢的研发。国内外其他钢厂早已开始研制各级别高强度、超高强度、特厚规格的船钢及海洋平台用钢。虽然重钢在特厚规格、高强度船钢领域起步较晚，但发展进步较快。自中厚板厂4100mm宽厚板产线于2009年投产以来，已经先后获得九国船级社普通级别船钢、高强度级别船钢（32、36级别）的生产资质，最大规格达80mm。

 

E47（E460）作为目前船用钢板中的高级别产品，主要用于制造万标箱级及其以上远洋船舶壳体及大型海洋平台。船壳钢材用量占全船重量的60%左右，其工作环境恶劣，不仅受海水的化学腐蚀、电化学腐蚀和海洋生物、微生物的腐蚀，还要承受风浪冲击和交变负荷作用，再加上船舶加工成型复杂等原因，这就要求船体结构用钢要有纯净度高、强度高、塑韧性好、焊接性能优异和耐腐蚀性佳等几大特点。

 

为了满足E47对综合机械性能的高要求，缩短产品开发周期，重钢以Q550D钢板为基础，运用微合金化机理，结合控轧控冷工艺进行产品研发试制。       

 

重钢于2011年正式进行该产品的研发试制工作，经过多轮炼钢和轧钢试验，研发组已从机理上基本掌握了高强度低碳贝氏体钢成分、工艺、组织、性能相互间的关系，为进一步批量生产打下基础。

 

2 开展成分设计 确定工艺路线

 

研发组以挪威船级社规范（2011年1月和5月版）作参考，对E47的化学成分、交货状态以及力学性能进行了规定，确定了E47船板具体生产工艺流程：铁水脱硫→转炉冶炼→LF精炼→RH处理→连铸机连铸→铸坯堆码冷却→铸坯精整→钢坯加热→控轧→ACC冷却→矫直→探伤→火切→检验。

 

3 组织试制试验

 

根据E47试生产成分控制要求，冶炼3炉铸坯，初次试验轧制4块E47钢板，厚度规格为70mm。

 

通过对3炉钢炼钢生产过程进行跟踪，炼钢工序（冶炼、精炼及连铸）控制稳定，钢中气体含量控制较好，化学成分均符合标准要求，无成分出格情况，铸坯表面质量较好，无缺陷报废情况。

 

轧钢通过明确开/终轧温度、压下道次、压下量、冷却速度等工艺参数并全程跟踪，轧制4块钢板，整体板形较好。对初次试生产的4块钢板进行了全断面、1/4厚度和1/2厚度拉伸试验，1/4和1/2横向冲击试验，时效冲击试验和焊接试验等，综合评价初次试生产的4块钢板初试性能合格率达到75%。

 

重钢研发组前后经过5轮的试制试验和成分工艺优化，E47钢板的成分、炼钢、轧钢工艺控制达到预期要求。经检验试验，钢板表面及外形质量、力学性能基本满足船规要求。

 

4 创新成果

 

重钢研发组通过采用合理的微合金成分设计及TMCP工艺技术路线，结合4100mm厚板轧机的特点，开发出最大厚度为70mm的A（H）40-E（H）40、A（H）420-E（H）420、A（H）460-E（H）460、D47、E47产品，以及满足抗层状撕裂的Z向性能要求的TMCP船体和海洋平台用钢系列产品。此外还进行了厚度方向性能检验、探伤检验、CTOD 检验、DWTT检验和化学分析检验等试验，检验指标均符合各船级社要求，并在2011年顺利通过了CCS、DNV、GL三国船级社的认证。

 

重钢取得了以下主要创新成果：

 

一是多元复合微合金化成分设计技术。采用低碳成分设计思路，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等合金元素的复合作用，合理设计成分配比，以达到强度、韧性、焊接性等综合机械性能的合理匹配。

 

二是炼钢“窄成分”控制技术。采用先进的LF+基于机械真空泵RH的精炼技术，达到精确控制铸坯化学成分，减少铸坯偏析和微裂纹的目的，为轧钢工序提供优质铸坯。

 

三是实现TMCP控制技术在E40、E47生产中的全面使用。结合物理冶金理论研究成果，利用实验室手段，测定其临界转变温度，包括奥氏体再结晶温度、奥氏体铁素体转变温度、贝氏体转变温度Bs点等，指导制定了科学合理的TMCP两阶段控轧工艺和ACC冷却工艺，充分发挥4100mm轧机和ACC设备冷却能力，精准控制组织类别和配比，得到理想的机械性能。

 

四是低压缩比生产特厚规格钢板技术。摸索重钢300mm断面铸坯轧制70mm特厚超高强度E47工艺，合理分配粗轧精轧两阶段道次变形量和累计变形量，结合合理变形温度、冷却温度和冷却速度，成功开发出70mm超高强度船板E47。

 

5 形成批量生产能力

 

重钢已形成A（H）420-E（H）420、A（H）460-E（H）460、D47、E47，抗层状撕裂的Z向性能要求的TMCP船体和海洋平台用钢稳定的生产工艺，产品综合质量稳定，累计生产销售超高强度船板E47一万余吨，均已交付用户使用。产品焊接性能好，可免除船舶建造和海洋工程建设的预热工序，降低焊接成本，提高焊接生产效率，具有很高的社会效益，已在江苏扬船物资有限公司、江苏新扬子造船有限公司和国内其它船厂得到广泛应用，获得了用户的认可。产品达到了国际先进水平，扩大了重钢在船板生产的优势地位，并且部分核心产品打破了国外垄断，成功地向世界最大的万标箱船供应了该类型船板。

 

重钢E47产品填补了国内批量生产该级别超高强度特厚船板的市场空白，并使重钢形成了船用钢板品种系列化。重钢研发组将针对现有成分设计、设备情况、轧制工艺方面存在问题及对应解决措施进行总结分析，以进一步提高E47质量水平。