E 級船板鋼沖擊不合格原因分析

馬曉旭，邱香花，位 楓，周啟航，賈 新

（新余鋼鐵公司檢測中心，江西 新余 338028）

船板鋼是船體結構用鋼簡稱，主要用于制造各種船舶的船體、甲板等。船舶的工作環境惡劣，船體外殼不僅要承受海水的電化學腐蝕、化學腐蝕和微生物、海生物的腐蝕，還要承受交變負荷作用和較大的風浪沖擊；再加上船舶的加工成型復雜等原因，因此對船體結構用鋼要求嚴格。最關鍵的要求是良好的韌性，此外，還要有較高的強度、良好的焊接性能、耐腐蝕性能、加工成型性能及表面質量。

某公司生產的60mm 厚E 級船板，出現了-40℃沖擊不合格的現象。筆者在此就E 級船板低溫-40℃沖擊不合格進行原因分析。該60mm 厚E 級船板的生產工藝為：脫硫扒渣→轉爐冶煉→LF 爐精煉(—RH 真空處理)→板坯全保護澆注→鑄坯緩冷→鋼坯外觀檢查→鋼坯（400mm 坯料）加熱→高壓水除鱗→控制軋制（≥950℃粗軋溫度，軋制至中間坯厚度在180mm 厚度，待溫二次開扎溫度≤900℃軋制至成品其終軋溫度可控制在760℃～840℃）→控制冷卻（返紅溫度控制在720℃～780℃）→矯直—噴號(—堆冷)→精整→入庫[1]。

1 理化檢驗

1.1 化學成分分析

選取兩個-40℃沖擊不合格的60mm 規格E 級船板試樣進行化學成分檢測，均符合國家標準要求（見表1）。

表1 化學成分(%)

1.2 斷口形貌分析

對斷口的宏觀形貌進行觀察，沖擊不合格試樣斷口較平整，有光亮的晶粒狀結構，屬脆性結晶斷口（見圖1a）；沖擊合格試樣的低溫沖擊斷口呈暗灰色，無光澤且無結晶顆粒的均勻組織，是顯著的塑性變形斷口，屬韌性斷口（見圖1b）。通過掃描電鏡對斷口的微觀形貌進行分析發現：沖擊不合格試樣有河流花樣短而彎曲，支流少，解理面小，且周圍有較多的撕裂棱，而韌窩（即凹坑）較少，即為脆性的準解理斷裂（見圖2a）；沖擊合格試樣有一個個韌窩，即微孔聚合型斷裂，在多數情況下與宏觀上的韌性斷裂相對應[1]（見圖2b）。

圖1 斷口宏觀形貌

圖2 斷口微觀形貌

1.3 金相分析

為更好的對60mm 厚E 級船板出現了低溫-40℃沖擊不合格的現象進行分析，選取出現該問題的E 級船板沖擊試樣1#、2#與沖擊值合格的E 級船板試樣3#、4#進行金相分析。制取橫向試樣時，選用4%硝酸酒精侵蝕后分析。金相分析檢驗結果見表2，組織照片見圖3，晶粒度照片見圖4[2]。

表2 沖擊試樣1#、2#、3#、4#的金相檢驗結果

圖3 沖擊試樣顯微組織

圖4 沖擊試樣晶粒度

從試驗中可發現試樣1#、2#、3#、4#都是鐵素體+珠光體組織，夾雜物無明顯差異。由此可知夾雜物不是60mm 厚E 級船板低溫沖擊不合格的主要原因。然而從圖4a 中可發現1#、2#沖擊試樣的晶粒度為混晶，級別都為11.0～8.0 級，圖4b 中3#與4#沖擊試樣的晶粒相對均勻，晶粒度級別都為8.5 級。以此可見造成60mm 厚E 級船板低溫沖擊不合格的原因跟混晶有很大關系。

2 分析與討論

對于金屬材料而言，晶粒大小與金屬材料的塑性變形的關系：在一定體積的晶體內，晶粒的數目越多，晶界就越多，晶粒就越細，并且不同位向的晶粒也越多，因而塑性變形的抗力也越大。細晶粒的多晶體不僅強度高，而且塑性和韌性也較好。因為晶粒越細，在同樣變行條件下，變形量可分散在更多的晶粒內進行，使各晶粒的變形比較均勻，而不至于過于集中在少數晶粒上，使其變形嚴重。另一方面，晶粒越細，晶界就越多，越曲折，有利于阻止裂紋的傳播，從而在其斷裂前能承受較大的塑性變形，吸收較多的功，表現出較好的塑性和韌性。

晶粒大小由結晶過程和熱處理過程決定。結晶主要考慮晶體形核和晶粒長大兩個過程。如果形核率高，而長大速度慢，則晶粒較小。反之形核率低，長大速度快，晶粒較大。溫度、時間及雜質等通過影響晶體的形核、長大過程來影響晶粒大小。

造成E 級船板晶粒不均勻應是在控制軋制階段時，軋制坯料的加熱溫度波動較大，部分時間存在爐溫偏低現象，造成鋼坯加熱不均勻現象，使鋼板粗軋軋制道次偏多，未三道壓下率偏低，鋼坯局部不能滿足再結晶臨界變形量要求，導致混晶組織產生，沖擊試驗時，沖擊值偏低［2］。

3 結論

綜合上述分析認為：

（1）造成E 級船板出現了-40℃沖擊不合格現象的原因是晶粒組織不均勻，塑性、韌性差，致使在做沖擊試驗時發生脆性斷裂，沖擊值低。

（2）出現晶粒不均勻現象是由于軋制坯料時加熱不均勻，鋼坯局部不能滿足再結晶臨界變形量要求導致的。

4 建議

為了避免出現這類現象，給于以下幾點建議：

（1）應控制好加熱時間和加熱速度，控制好軋制過程中的加熱溫度，必須確保加熱整塊鋼的溫度均勻性。

（2）在二次待溫開軋時，道次的壓下率不得小于10%。

（3）為了避免特大晶粒的出現，最后一道的道次壓下率確保15%以上。

這樣就能保證晶粒細化從而能夠保證E 級船板-40℃沖擊單值。