鞍钢TMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用

鞍钢TMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程船体及海洋工程结构用钢开发和应用结构用钢开发和应用王华鞍钢股份有限公司2008年7月主要内容一、研制工作背景二、试验研究三、生产工艺设计四、产品实物性能五、结论鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用一、研制工作背景§中国船舶与海洋工程制造业发展迅猛，钢材需求量大幅增加。2008年造船载重吨将达到2300万，需钢材1300万吨,是2000年的6倍。§造船及海洋工程需求的中高端品种不能国产，要依靠国外进口，产品垄断价格高、交货周期长。鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用§国内很多钢厂虽能生产船板，但仅限于：•普通强度的A、B、D级，高强度的AH、DH级，少数厂家生产E系列；•强度级别昀高仅为36级，昀大厚度仅为50mm；•不能生产具有抗层状撕裂的Z向钢。z国内钢厂的船板生产水平不能满足需求发展。鞍钢船板生产情况§鞍钢累计已生产船板700多万吨，2007年160万吨，市场占有率14%，预计2008年180万吨。§鞍钢船板特色•船级社认证证书---昀多：九国32张•钢种数量----昀多：160余个•厚度规格范围---昀大：3~100mm•连铸坯生产船板压缩比---昀大：3：1•质量级别---昀高：FH级•强度级别---昀高：550级鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用鞍钢船板认证情况认证时间品种钢种钢种数量船级社厚度范围交货状态1995中厚板中厚板中厚板中厚板热轧卷中厚板A～DH36958～40AR、CR、N1997A～DH361278～40AR、CR、N2000A～EH361298～50AR、CR、N2006A～FH550（Z15～Z35）12898～100TMCP2007A～DH36793～20AR、CR20071.5/3.5/5/9Ni438～40QT鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用TMCP技术与产品特点‹中厚板TMCP产品是国际上近二十年来发展起来的具有优良强韧性、焊接性的新钢系，被誉为二十一世纪绿色环保经济型高端产品。‹TMCP属于环境友好型工艺技术。TMCP船板生产成本低、能源消耗少、碳当量低、合金需求量经济、组织细化、强韧性高、表面质量好、制造周期短，具有焊前不预热、焊后不热处理，满足大线能量焊接要求等优点。‹TMCP船板产品适应了船体及海洋工程结构低成本、高效率、短周期的现代制造技术发展。鞍钢TMCP技术应用成果鞍钢借助于多年技术进步和设备改造的成果，依靠广大科技人员丰富的技术储备与经验，率先在国内采用TMCP技术开发成功TMCP船体及海洋工程结构用钢系列产品：•昀大厚度100mm普通强度和高强度级别系列；•昀大厚度为80mm厚度的超高强度级别系列。（同时均具有抗层状撕裂的Z15～Z35性能）2006年初，鞍钢TMCP船体及海洋工程结构用钢系列128个钢种全部一次性通过九国船级社认证，填补了国内此类产品的空白。鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用钢级钢种CSiMnPSNbVTiAlSCeq普通高强超高强A、BD、E≤0.18≤0.35≥0.70≤0.035≤0.035≥0.015≤0.40AH32~FH32AH36~FH36AH40~FH400.160.10~0.500.90~1.600.0250.0250.02~0.050.02~0.10≤0.02≥0.015≤0.43AH420~FH420AH460~FH460AH500~FH500AH550~FH5500.180.10~0.55≤1.600.0250.0250.02~0.050.04~0.10≤0.02≥0.015――鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用二、试验研究船级社规范要求---化学成分TensiletestV-impacttest,J(average)Reh(MPa)Rm(MPa)A(%)Temperature℃PTA、B、D、E≥235400~520≥22+20～－40≥41≥27AH32~FH32AH36~FH36AH40~FH40≥315≥355≥390440~570490~630510~650≥22≥21≥200～－60≥46≥50≥55≥31≥33≥37AH420~FH420AH460~FH460AH500~FH500AH550~FH550≥420≥460≥500≥550530~680570~720610~770670~830≥18≥17≥16≥160～－60≥42≥46≥50≥55≥28≥31≥33≥37≥35Zdirection(%)Grade鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用船级社规范要求---机械性能鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用化学成分设计思路降低碳含量、采用微合金化技术，在提高钢强韧性的同时获得良好的焊接性能。Â普通强度级别成分设计不添加合金元素。一些厂家为了保证特厚钢板的性能添加了微合金元素；ÂNb、V、Ti作为高强度级别成分设计中的微合金元素，以简单的成分设计配合TMCP工艺来来解决强度问题。国外厂家多通过采用加入Ni、Cr、Cu、Mo等合金元素以满足特厚钢板性能要求；Â超高强度级别通过降C提Mn，以Nb、Ti为微合金元素，并加入Mo、Cu、Cr等元素。过冷奥氏体连续冷却转变曲线鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用冶金物理性能研究E01002003004005006007008009001000100101102103104PFPAc3=900℃AF(QF+GF+BF)Time(s)Temperature(oC)Vs(oC/s)20107.55310.50.1Ac1=730℃01002003004005006007008009001000100101102103104Ac3=885℃PFTime(s)Temperature(oC)PAF(QF+GF+BF)Vs(oC/s)5030107.553210.50.30.20.1Ac1=706℃1101001000100002004006008001000Temperature/℃Time/s10531PFBFH550FH40FH550(a)0.1℃/s冷速;(b)1℃/s冷速;(c)3℃/s冷速;(d)5℃/s冷速;(e)10℃/s冷速a20μmb20μm20μmcde20μm鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用钢在不同冷速下的金相组织E鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用钢的再结晶曲线FH400.111010010000.00.20.40.60.81.0RecrystallizationrateTime,s900℃925℃950℃1000℃0.111010010000.00.20.40.60.81.0RecrystallizationrateTime,s900℃925℃950℃975℃1000℃FH550船板生产工艺流程一炼钢转炉冶炼炉外精炼连铸加热高压水除鳞层流冷却热矫直冷床冷却重矫检查、标志剪切验收入库真空冶炼火焰切割板坯检查、清理空冷堆垛缓冷轧制三、生产工艺设计鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用船板生产工艺流程图示鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用船板TMCP技术集成TMCP技术集成包括：•纯净钢冶炼、高精度目标成分控制、夹杂物形态控制、板坯成分的均匀化控制、降低板坯中心偏析、300mm厚无缺陷连铸板坯控制技术等；•板坯加热温度控制、TMCP轧制工艺、钢板厚度高精度控制、板型控制、加速冷却技术等。鞍钢TMCP船体及海洋工程结构用钢在鞍钢第一炼钢厂进行转炉冶炼、炉外精炼和连铸，在中厚板厂4300厚板生产线进行轧制。是一种短流程、低成本生产工艺技术。四、产品实物性能产品性能检验试验项目„拉伸、冷弯、系列冲击等常规力学性能；„应变与非应变时效冲击、Z向、落锤、CTOD；„消应力试验：拉力、冷弯、系列冲击；„焊接试验：不同线能量焊接接头冲击、硬度等；„化学成分、硫印、低倍、金相组织等方面检验。‡综合各船级社规范要求，需对每钢种的各个厚度规格至少两炉次的头尾坯轧后钢板的头、中、尾部的表面、1/4、1/2厚度处取样进行系列试验。鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用船板力学性能---普通强度、高强度性能过程能力鞍钢鞍钢TMCPTMCP船体及海洋工程结构用钢开发和应用船体及海洋工程结构用钢开发和应用620590560530500LSLUSLLSL490目标*USL630样本均值553.195样本N87标准差（组内）19.4108标准差（整体）23.4708过程数据Cp1.20CPL1.09CPU1.32Cpk1.09Pp0.99PPL0.90PPU1.09Ppk0.90Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPMLSL0.00PPMUSL0.00PPM合计0.00实测性能PPMLSL565.59PPMUSL37.98PPM合计603.57预期组内性能PPMLSL3545.84PPMUSL533.30PPM合计4079.14预期整体性能组内整体抗拉强度的过程能力30024018012060LSLLSL55目标*USL*样本均值283样本N111标准差（组内）9.55835标准差（整体）20.9736过程数据Cp*CPL7.95CPU*Cpk7.95Pp*PPL3.62PPU*Ppk3.62Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPMLSL0.00PPMUSL*PPM合计0.00实测性能PPMLSL0.00PPMUSL*PPM合计0.00预期组内性能PPMLSL0.00PPMUSL*PPM合计0.00预期整体性能组内整体冲击功值的过程能力465450435420405390LSLLSL390目标*USL*样本均值432.907样本N43标准差（组内）13.1923标准差（整体）16.1449过程数据Cp*CPL1.08CPU*Cpk1.08Pp*PPL0.89PPU*Ppk0.89Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPMLSL0.00PPMUSL*PPM合计0.00实测性能PPMLSL572.14PPMUSL*PPM合计572.14预期组内性能PPMLSL3934.75PPMUSL*PPM合计3934.75预期整体性能组内整体屈服强度的过程能力FH40级屈服强度FH36级冲击功FH36级抗拉强度420390360330300270240LSLLSL235目标*USL*样本均值324.726样本N208标准差（组内）22.0304标准差（整体）28.6769过程数据Cp*CPL1.36CPU*Cpk1.36Pp*PPL1.04PPU*Ppk1.04Cpm*整体能力潜在（组内）能力PPMLSL0.00PPMUSL*PPM合计0.00实测性能PPMLSL23.22PPMUSL*PPM合计23.22预期组内性能PPMLSL877.43PPMUSL*PPM合计877.43预期整体性能组内整体屈服强度的过程能力520500480460440420400LSLUSLLSL400目标