船體結(jié)構(gòu)用鋼，是指按照船級社建造規(guī)范要求生產(chǎn)的用于制造船體結(jié)構(gòu)的鋼材，一般包括船板、型鋼等。船體結(jié)構(gòu)用鋼要具有較高的強度，較好的韌性，以及工藝的適應(yīng)性和抗海水腐蝕的能力。早期的船板多用碳素鋼，通過碳含量的增加來提高強度，20世紀(jì)50年代后使用調(diào)質(zhì)處理的鎳鉻鉬系合金元素為主的550MPa級的HY-80鋼，后又研制成功了660MPa級的HY-100鋼。20世紀(jì)80年代后美國提出了HSLA(high strength low alloys)艦船用鋼的發(fā)展計劃。首先開發(fā)出HSLA-80，后又開發(fā)出一種超低碳高強度的HSLA-100。當(dāng)今船板鋼生產(chǎn)廠家多采用化學(xué)成分“低碳、高錳、微合金化”的設(shè)計思路。
低碳低合金鋼不但具有較高的強度，同時又具有較低的沖擊轉(zhuǎn)變溫度、優(yōu)良的焊接性能，而且這些優(yōu)良的綜合力學(xué)性能在控軋狀態(tài)下即可獲得?？剀埧乩涔に嚲哂泄?jié)約能耗、簡化生產(chǎn)工序、提高鋼材綜合力學(xué)性能等優(yōu)點，所以國內(nèi)外生產(chǎn)高強度船體結(jié)構(gòu)用鋼板均采用TMCP(熱機械軋制)工藝。
目前國內(nèi)船用鋼板60%以上的品種為A、B級別，高強度鋼從AH32到FH40都有應(yīng)用，但是比例最大的還是AH級別。鞍鋼開發(fā)出了FH550、EH550和超高強度船板AH690。FH550是一種超高強度船板用鋼，為低碳貝氏體鋼，室溫組織為針狀鐵素體。本文主要對FH550船板鋼進行了軋制試驗，為確定合理的控制軋制和控制冷卻制度奠定基礎(chǔ)，重點考慮TMCP工藝和回火制度對該鋼種組織和力學(xué)性能的影響。
FH550船板鋼的成分和軋制工藝參數(shù)見表1。采用TMCP生產(chǎn)工藝，板坯厚80mm，成品厚16mm，中間坯厚45mm。根據(jù)軋機能力、加熱能力及冷卻能力，設(shè)定加熱溫度1200℃。將鋼板的軋制分為兩個階段進行，前三道次為高溫階段軋制，保持在1120℃以上，目的是通過軋制道次間的反復(fù)再結(jié)晶充分細化奧氏體組織。后五道次為低溫階段軋制，軋制溫度在880℃以下，目的是通過未再結(jié)晶區(qū)內(nèi)的變形，使相變的形核位置增加。控制不同的終軋溫度，軋后冷卻到502℃。對熱軋后的鋼板進行力學(xué)性能測試、顯微組織觀察和斷口分析，然后在鋼板的不同位置取6個樣品分別加熱到400、450、500、550、600和650℃進行回火處理，對處理后的樣品分別進行硬度測試、組織觀察和力學(xué)性能測試。
FH550級船板鋼軋制后屈服強度為580～590MPa，伸長率為22%～24%，強度和塑性都達到了船級社的要求。FH550級船板鋼的軋態(tài)組織主要為針狀鐵素體和少量粒狀貝氏體，鋼板1/2寬度處有少量的珠光體。在回火過程中隨著溫度的升高，位錯密度降低，晶粒尺寸變大。兩階段軋制后，F(xiàn)H550鋼板1/4寬度處的低溫韌性較好，韌脆轉(zhuǎn)變溫度較低，組織主要為針狀鐵素體，沖擊斷口為韌性斷口；鋼板1/2寬度處的低溫韌性較差，組織主要為針狀鐵素體和珠光體，沖擊斷口為解理斷口。
回火后FH550級船板鋼性能明顯發(fā)生變化，隨回火溫度的升高，鋼的硬度先降低后升高，600℃回火時得到最高的硬度和屈服強度，600℃以上回火時，鋼的硬度和屈服強度均有所下降。回火后鋼的沖擊韌度與軋態(tài)相比有所下降。故在550～600℃回火，可以獲得良好的綜合性能。