摘要：针对韶关钢铁集团公司在用常规热轧工艺开发薄规格D级船板时出现应变时效不合问题进行了研究和工业试验。通过对钢板的成分设计和4种不同工艺方案的比较，得出采用Al、Nb／V微合金化，并采用两阶段控轧+轧后控冷工艺，可生产出合格的薄规格D级船板。

关键词：薄钢板；船板；应变时效冲击韧性；T艺优化

    在各船级社的普通强度船板钢交货条件中，均规定厚12．5mm以下的钢板可以任何轧制状态交货。因此，韶钢生产的B级船板以热轧状态交货；而在开发D级船板时，采用常规热轧工艺却出现了应变时效冲击性能不合现象。在制造船体结构时，由于经常采用弯曲、卷边、冲孔、剪裁等产生局部塑性变形的工艺操作，易引起应变时效。因此尽管各国船级社的船规中未明确规定应变时效冲击值，但在造船用钢板的船级社认证过程中，应变时效冲击韧性是一项重要指标，如D级船板在认证过程中即要求－20℃应变时效冲击韧性达到27J以上。为此，对影响薄规格D级普通强度船板低温应变时效冲击韧性的工艺控制问题进行了探讨。通过调整轧制工艺，获得了符合性能要求的船板。

1   应变时效产生机理

    构件用钢经冷塑性变形后，在室温放置较长时间或稍经加热后会发生应变时效，其强度、硬度上升，塑性、韧性下降。

    应变时效的本质是由于柯氏气团的形成，造成钢的强化和脆化。如果钢中氮浓度较高，柯氏气团的形成更容易；如果钢的纯净度高，氮含量低，脱氧程度好，即为提高时效冲击韧性创造了条件。减少间隙溶质元素，或加入固定C、N的强碳化物形成元素Al、Nb、V，使c、N与之结合成稳定的化合物而从固溶体中消除，则柯氏气团就无从产生，从而会减弱或完全消除在较低温度时发生的应变时效现象。此外，Al、Nb、V和C、N形成的化合物还有细化晶粒作用，可使钢的强韧性提高。

2  试验方案

2．1   化学成分的确定

    根据应变时效产生情况，结合韶钢实际，成分确定的控制范围：C含量在0．05％～0．18％，Mn含量为0．80％。采用Nb／V和A1复合微合金化。由于采用转炉生产工艺，钢中氮含量较低，控制在20×10^-6～40×10^-6。

2．2   生产工艺路线

    生产工艺路线：120t转炉冶炼→LF精炼→宽板坯连铸→步进式加热炉加热→高压水除鳞→可逆式立辊轧机轧制→3450mm四辊可逆式宽板轧机轧制→层流冷却→热矫直→精整→板材标识、堆垛、入库。

2．3试验方法

    在120t大转炉宽板坯生产线冶炼150mm×2200mm坯，选择其中1个炉号的板坯，按以下4种不同生产工艺进行试验(轧后板厚12mm)，见表1。

    试验中除最后一道次外，其余道次的单道次压下率均在10％以上。在4种试验工艺中，工艺3的控制较难：由于待温钢板厚度薄，因而造成待温后钢板头尾、侧边温降大，对钢板板形有一定影响。为此，在试验工艺4中提高了钢板待温厚度。

3  试验结果及分析

3．1  试验结果   

3．1．1强度和塑性

    沿钢板的纵向和横向取样进行拉伸试验。其结果见表2。

    由表2可见，工艺2(常规轧制+控冷)与工艺1(常规轧制+空冷)相比，强度提高了15～35MPa，塑性略有提高。而采用工艺3、工艺4(控轧+控冷)比采用工艺1强度提高近100MPa，伸长率降低约5％。

3．1．2低温韧性

    钢板取样后，按国家标准加工成10mm×l0mm×55mm的V型缺口试样，于JB-30B冲击试验机上检测20、0、一20、一40、一60℃等不同温度时的冲击韧性值，试验结果见图1。

    由图1可见，在温度为20～一20℃时，各工艺方案下试样的冲击韧性均较好。当温度降到一40℃时，采用工艺3、工艺4试样的冲击值较用工艺1、工艺2时提高100J。对于一60℃时的冲击韧性，采用工艺4(第2轧程累计压下率68．6％)时最好。

3．1．3  应变时效韧性

    应变时效韧性的检验方法：取纵向拉伸试样进行10％的拉伸变形，经过应变的拉伸样坯，按标准加工成V型缺口冲击试样。将制备好的冲击试样在250℃下均匀加热，并保温1h(人工时效)，然后在空气中冷却至室温。取经过应变时效的冲击试样，在20、0、一20、40、一60℃不同温度下进行试验，试验结果见图2。

    由图2可见，采用控轧控冷工艺明显改善了钢板的应变时效冲击韧性，工艺4在一40、一60℃的应变时效均达到100J以上，与工艺3(第2轧程累计压下率56．8 9／6)相比，在20、0、一20℃时二者的应变时效冲击值相近，而在一40、一60℃时其比工艺3提高60J以上。

3．1．4金相组织

    对采用4种不同工艺所轧钢板取样进行金相分析，其组织、带状组织、铁素体晶粒度、夹杂物情况如表3所示。

3．2  试验结果分析

    同一炉号按不同工艺轧制薄规格板时，采用常规热轧工艺1和工艺2能满足Q235D、Q235E(不要求应变时效钢种)等钢种的低温韧性要求；采用控轧控冷工艺(工艺3和工艺4)所轧钢板的综合性能均可达到D级船板的要求。而且，工艺4比工艺3的低温应变时效冲击性好，且因待温后温度较均匀，板形更易控制。

    加入A1、Nb／V等微合金元素的钢板，经合理的控轧控冷工艺，比采用常规热轧工艺，可使晶粒度提高1级。晶粒的细化对提高低温韧性有较大作用。

4  结论

    生产薄规格D级船板，通过加入Al、Nb／V等固定C、N的强碳化物形成元素和细化晶粒元

素，经控轧控冷工艺，一40℃低温V型冲击和一20℃低温应变时效冲击达到了认证要求，同时板形也能满足船规要求。

    根据本试验结果确定，薄规格D级船板的主要生产工艺为：两阶段控轧工艺+轧后控冷工艺。本试验为Q235E、Q235qD等要求低温韧性和应变时效钢种的开发提供了参考依据。