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船体用结构钢
造船用钢一般是指船体结构用钢,它指按船级社建造规范要求生产的用于制造船体结构的钢材。常作为专用钢订货、排产、销售,一船包括船板、型钢等。
目前我国几大钢铁企业均有生产,而且可按用户需要生产不同 规范的船用钢材,如美国、挪威、日本、德国、法国等,其规范如下:
国籍
规范
中国
CCS
美国
ABS
德国
GL
法国
BV
挪威
DNV
日本
KDK
英国
LR
一、品种规格
船体用结构钢按照其小屈服点划分强度级别为:一般强度结构钢和高强度结构钢。
中国船级社规范标准的一般强度结构钢分为:A、B、D、E四个质量等级;中国船级社规范标准的高强度结构钢为三个强度级别、四个质量等级:
A32
A36
A40
D32
D36
D40
E32
E36
E40
F32
F36
F40
(1)由于高强板所形成的高刚性型钢具有很大的惯性矩和抗弯模量,特别是由于应用上的要求需要预冲孔后进行冷弯加工生产,会形成材料表面平整度和材料边缘尺寸上的差异,因此要求对该类高强度结构钢板的冷弯孔型的设计中需要多加侧向定位装置,合理设计孔型,合理布置轧辊间隙等,确保进入每道孔型的材料不跑偏并尽可能地材料表面平整度和材料边缘尺寸上的差异对后续冷弯成型形状的影响;另一个突出的特点为:高强度结构钢板的成型回弹现象较严重,回弹会导致出现弧边,必须依靠过弯来修正,且过弯角比较难掌握,需要在生产调试过程中进行调整修正。
(2)需要较多的成型道次。在辊式冷弯成型过程中主要加工过程为弯曲变形,除产品弯曲角局部有轻减薄外,变形材料的厚度在成型过程中假定保持不变;在孔型设计时,要注意合理分配变形量,尤其是在 道,后面几道,变形量不易过大。另外可以使用侧辊和过弯辊,对型材进行预弯,且使型材断面的中性线与成品型材的中性线重合,使型材上下所受的力平衡,从而避免纵向弯曲。如果在加工过程中发现纵向弯曲,可根据实际情况增加部分轧辊,尤其注意后面几道。
其它如使用矫直机进行矫直,变更机架间距,采用托辊,调整各架次的轧辊间隙等措施均可减小或纵向弯曲。需要注意的是,通过调整各架次的轧辊间隙来减轻纵向弯曲需要有熟练的技术才行。
(3)辊式冷弯速度的控制,成型辊压力的调整要合适,尽量减少反复冷弯弯曲疲劳裂纹,并适当进行润滑和冷却,进一步减少热应力裂纹的产生等,控制弯曲半径,即弯曲半径不能太小,否则产品表面易产生裂纹,针对高强板在冷成形冷弯工艺中出现的后延性断裂现象,为了满足结构设计要求,建议在满足材料的力学设计要求的前提下优化截面形状,如增加弯角半径,减小冷弯角或加大截面形状等方式处理也是一种行之有效的方法。
低合金结构钢编辑
(亦称普通低合金钢、HSLA)
1. 用途
主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。
2. 性能要求
(1) 高强度:一般其的屈服强度在300MPa以上。
(2) 高韧性:要求延伸率为15%~20%,室温冲击韧性大于600kJ/m~800kJ/m。 对于大型焊接构件,还要求有较高的断裂韧性。
(3) 良好的焊接性能和冷成型性能。
(4) 低的冷脆转变温度。
(5) 良好的耐蚀性。
3. 成分特点
(1) 低碳:由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求高,其碳含量不超过0.20%。
(2) 加入以锰为主的合金元素。
(3) 加入铌、钛或钒等辅加元素:少量的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物,有利于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。
此外,加入少量铜(≤0.4%)和磷(0.1%左右)等,可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土元素,可以脱硫、去气,使钢材净化,改善韧性和工艺性能。
4. 常用低合金结构钢
16Mn是我国低合金高强钢中用量广泛多、产量大的钢种。使用状态的组织为细晶粒的铁素体—珠光体,强度比普通碳素结构钢Q235高约20%~30%,耐大气腐蚀性能高20%~38%。
15MnVN 中等级别强度钢中使用多的钢种。强度较高,且韧性、焊接性及低温韧性也较好,被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。
强度级别超过500MPa后,铁素体和珠光体组织难以满足要求,于是发展了低碳贝氏体钢。加入Cr、Mo、Mn、B等元素,有利于空冷条件下得到贝氏体组织,使强度更高,塑性、焊接性能也较好,多用于高压锅炉、高压容器等。
5. 热处理特点
这类钢一般在热轧空冷状态下使用,不需要进行专门的热处理。使用状态下的显组织一般为铁素体+索氏体。
对奥氏体和铁素体存在范围的影响
扩大或缩小γ相区的元素均同样扩大或缩小Fe-Fe3C相图中的γ相区, 且同样Ni或Mn的含量较多时, 可使钢在室温下得到单相奥氏体组织(如1Cr18Ni9奥氏体不锈钢和ZGMn13高锰钢等), 而Cr、Ti、Si等超过一定含量时, 可使钢在室温获得单相铁素体组织 (如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢等)。
对Fe-Fe3C相图临界点(S和E点)的影响
扩大γ相区的元素使Fe-Fe3C相图中的共析转变温度下降, 缩小γ相区的元素则使其上升, 并都使共析反应在一个温度范围内进行。几乎所有的合金元素都使共析点(S)和共晶点(E)的碳含量降低,即S点和E点左移, 强碳化物形成元素的作用尤为强烈。
合金元素对钢热处理的影响
合金元素的加入会影响钢在热处理过程中的组织转变。
1. 合金元素对加热时相转变的影响
合金元素影响加热时奥氏体形成的速度和奥氏体晶粒的大小。
(1)对奥氏体形成速度的影响: Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳的亲合力大, 形成难溶于奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度;Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的扩散速度, 使奥氏体的形成速度加快;Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
(2)对奥氏体晶粒大小的影响:大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用, 但影响程度不同。强烈阻碍晶粒长大的元素有:V、Ti、Nb、Zr等;中等阻碍晶粒长大的元素有:W、Mn、Cr等;对晶粒长大影响不大的元素有:Si、Ni、Cu等;促进晶粒长大的元素:Mn、P等。
2. 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响
除Co外, 几乎所有合金元素都增大过冷奥氏体的稳定性, 推迟珠光体类型组织的转变, 使C曲线右移, 即提高钢的淬透性。常用提高淬透性的元素有:Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必须指出, 加入的合金元素, 只有完全溶于奥氏体时, 才能提高淬透性。如果未完全溶解, 则碳化物会成为珠光体的核心, 反而降低钢的淬透性。另外, 两种或多种合金元素的同时加入(如, 铬锰钢、铬镍钢等), 比单个元素对淬透性的影响要强得多。
除Co、Al外, 多数合金元素都使Ms和Mf点下降。其作用大小的次序是:Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用强, Si实际上无影响。Ms和Mf点的下降, 使淬火后钢中残余奥氏体量增多。残余奥氏体量过多时,可进行冷处理(冷至Mf点以下), 以使其转变为马氏体; 或进行多次回火, 这时残余奥氏体因析出合金碳化物会使Ms、Mf点上升, 并在冷却过程中转变为马氏体或贝氏体(即发生所谓二次淬火)。
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