Ep6船用鋼水火彎板試驗及分析

潘正軍, 江澤新, 馬金軍, 陳　華

(廣船國際有限公司, 廣東 廣州 510250)

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Ep6船用鋼水火彎板試驗及分析

潘正軍, 江澤新, 馬金軍, 陳華

(廣船國際有限公司, 廣東 廣州 510250)

摘要水火彎板是船舶制造過程中非常重要的熱加工工藝，作者針對Ep6船用鋼采用水火彎板工藝進行了相關試驗，并對結果進行了分析。通過試驗，分析得出加熱溫度、加熱次數、鋼板的碳當量及鋼板供貨狀態對于水火彎板后力學性能的影響。

關鍵詞水火彎板船用鋼板

0前言

本公司在經營業務中承接了冰區加強型船，水線以上部分基本上都采用了Ep6級別鋼。對于帶線型的外板大都需要應用水火彎板工藝進行加工，由于之前應用的鋼板級別都低于Ep6，且考慮到本船特殊的航行區域，因此對Ep6鋼板采用水火彎板后的性能需要進行驗證，從而為鋼板的選擇提供試驗依據。

1試驗材料

由于Ep6鋼目前主要有正火以及TMCP兩種交貨狀態。正火狀態鋼屬于傳統的鋼板制造工藝，需要添加合金進行強化以及細化晶粒，其碳當量相對較高，組織以鐵素體和珠光體為主，呈帶狀分布，如圖1所示。TMCP鋼則通過加快軋制后的冷卻速度，不僅抑制晶粒的長大，且獲得了高強度、高韌性所需的超細鐵素體組織或者貝氏體組織，如圖2所示。

從理論上分析碳當量越高，淬硬傾向越明顯，高溫加熱并且水冷后組織性能也越差。為了擴大鋼板選擇范圍，本次試驗分別選擇了三個大型鋼廠生產的三種不同交貨狀態、不同化學成分的鋼板，相關化學成分及交貨狀態如表1所示，力學性能如表2所示。

2水火彎板試驗及結果分析

圖1　Ep6正火鋼金相組織　　　　　　　　　　　圖2　Ep6TMCP鋼金相組織

(1) 試驗方法。每種編號試板切割試塊各三塊，每塊試板尺寸為200 mm×400 mm，鋼板軋制方向與短邊方向相同。火焰加熱方向與長邊相同，加熱位置集中在短邊中心相連線兩側各25 mm，如圖3所示。針對于火工區域取圓棒拉伸試樣一個以及沖擊試樣一組，試樣長度方向及位置分別為平行于以及垂直于試板長度方向(如圖4所示)。取樣時，沖擊試樣上表面及圓拉試樣夾持端上表面距離鋼板表面2 mm。水火彎板對三種編號試板采用重復火工三次，且對B編號試板在同一溫度下補充火工一次及二次試驗，每塊試板的試驗條件及要求如表3所示。

表1　試驗鋼板化學成分及交貨狀態　　　　　　　　　　　　　　　　單位：mm

表2　力學性能

表3　水火彎板試驗條件及要求

備注：火工次數是指同一位置同一溫度重復加熱的次數，重復加熱是在上一次加熱冷卻到室溫后再次加熱。

圖3　試板及火工位置示意圖　　　　　　　　　　　　圖4　試樣長度方向及位置圖

(2) 力學性能。試驗后的力學性能數據如表4所示。由表4可知，編號A試板隨著火工溫度的升高，延伸率和沖擊韌性急劇下降，當火工最高溫度達到850℃時，延伸率以及沖擊韌性已不能滿足材料本身性能要求；編號B試板隨著火工溫度的升高，屈服強度以及沖擊韌性明顯下降，當火工溫度達到750℃及以上時，屈服強度已不滿足最低要求；編號C試板并未隨著火工溫度升高而發生性能上的明顯變化。

表4　力學性能數據表

(3) 金相組織。選取A-3以及C-3的金相組織進行分析，如圖5、圖6所示。A-3晶粒變粗大，而C-3晶粒基本未發生變化，與力學性能結果相吻合。

圖5　A-3火工后金相圖　　　　　　　　　　　　　　　圖6　C-3火工后金相圖

3對比分析

(1) 不同母材在同一火工條件下，以表4內A-3、B-3、C-3試板進行對比分析可知，碳當量越高，沖擊韌性及塑性下降比率越明顯，屈服及抗拉強度升高比率越高。A-3試板沖擊及延伸率已明顯不能滿足母材性能的最低要求，且抗拉強度已超過標準要求值，而C-3火工后各方面性能變化非常小。

(2) 同一母材在不同火工溫度條件下，由表4可知，編號A試板隨著火工溫度的升高，延伸率和沖擊韌性急劇下降，屈服強度及抗拉強度逐漸升高，當火工最高溫度達到850℃時，延伸率以及沖擊韌性已不能滿足材料本身性能要求；編號B試板隨著火工溫度的升高，屈服強度、抗拉強度以及沖擊韌性逐漸降低，當火工溫度達到750℃及以上時，屈服強度已不能滿足最低要求；編號C試板并未隨著火工溫度升高而發生性能上的明顯變化。

(3) 同一母材在不同火工次數條件下，以表4內B-4、B-5、B-2試板進行對比分析可知，第一次與第二次火工性能變化并不明顯，但進行第三次火工后，沖擊韌性發生明顯降低，其它性能指標降低較少。

4結語

(1) 對于需要進行水火彎板的Ep6船用鋼，應選擇碳當量較低、采用TMCP等軋制工藝進行晶粒細化的鋼材。

(2) 對于C或者B類型的鋼，水火彎板的最高加熱溫度可以達到850℃，加熱次數可視碳當量而定；對于A類型的鋼，加熱次數不應超過750℃，加熱次數也不宜超過2次。

參考文獻

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[上接第83頁]

經過以上試驗，試驗數值均滿足試驗前的預期結果，焊接工藝試驗獲得DNV船級社認可。

4實船應用

焊接工藝試驗取得了DNV船級社認可，在“波維特”輪修理中，不銹鋼艙體換新取得了滿意效果。

通過“波維特”輪異種不銹鋼間的焊接成功實踐，使我們掌握了S316LN與2205雙相不銹鋼間的焊接，積累了經驗數據，對今后船舶建造、修理及改裝結構制造及此類材料的應用提供了寶貴經驗。

5結束語

S316LN和2205不銹鋼抗腐蝕、耐低溫性能良好，但用在不同產品上要求不同，所以不能教條照搬，必須要進行焊材、焊接工藝方法選擇和試驗研究。

雖然S316LN和2205不銹鋼焊接工藝性能優良，若異種不銹鋼焊接處理不當，仍會產生熱裂紋，沖擊韌性也會不理想。

異種不銹鋼間焊接可能發生的質量問題，對焊工來說并不是顯而易見的，故在焊接過程中需加強自檢。焊工必須認識到焊縫質量取決于是否嚴格地執行焊接工藝，高質量焊縫不是偶然產生的，必須依靠可靠的質量體系。焊接操作人員應該牢記異種不銹鋼的焊接特征，摒棄焊接碳鋼的不良習慣，才能做好不銹鋼的焊接。

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Test and Analysis of Hot Forming with Water Cooling for Ep6 Steel

PAN Zheng-jun, JIANG Ze-xin, MA Jin-jun, CHEN Hua

(Guangzhou Shipyard International Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510250， China)

AbstractHot forming with water cooling is one important procedure in the shipbuilding. This author carries out some test of this procedure for Ep6 steel, and analyse the result. It is educed that the heat maximal temperature, number of hot forming, the CEQ of steel and condition of steel supply will affect the result of mechanics capability mostly after hot forming with water cooling.

KeywordsHot forming with water coolingSteel for hull

中圖分類號U671

文獻標志碼A

作者簡介：潘正軍(1972-)，男，高級工程師。