高强度宽厚板的用途及开发Word文档下载推荐.docx
《高强度宽厚板的用途及开发Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高强度宽厚板的用途及开发Word文档下载推荐.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
Abstract:
Thispaperintroducesthetypes,application,marketstatusanddevelopmentofhighstrengthplate,andexpoundsindetailthesteelplateforshipandoffshoreengineering,highstrengthmechanicalsteel,vehiclesteel,hydropowerstationpressurepipesteelandotheruseshighstrengthheavyplateinChinainrecentyears,thedevelopmentofseveralhighstrengthsteelisanalyzedindetail,andtheprospectofhighstrengthandwideplateisprospected.
Keywords:
highstrength；
uses;
development;
researchdirection
人们通常把厚度4mm以上，宽度3000mm以上的钢板称为宽厚板。
宽厚板用途广泛、品种繁多。
概括有钢结构用板、造船板、桥梁板、压容板、锅炉板、管线用板、装甲板、建筑用耐侯板、原子能用板等。
σｓ大于250MPa的钢板称作高强度钢板。
[1]
1高强度宽厚板现状
1.1高强度钢材的生产现状
目前，国外高强钢的牌号比较强齐全，力学性能等也基本可以满足各种使用要求。
国外该类钢的生产和应用已趋于稳定。
发达国家的一些钢铁公司已经有了自己的系列产品和标准。
例如：
瑞典奥克隆德的HARDOX系列、德国蒂森克虏伯的XAR系列、日本的JFE的EVERHARD系列等。
这些厂家生产高强钢的时间较久，且提供的产品已经得到了成功的应用。
近几年，国内的高层钢结构建筑，大跨度空间结构的发展，像国家体育场就使用了Q460E，水立方工程使用了Q420，CCTV新址使用了Q460，均是经专门论证而使用的。
我国新的钢材规范低合金高强度结构钢GB/T1591-2008，代替GB/T1591-1994，也给出了Q500，Q550，Q620，Q690级性能钢材，取消了Q235强度级别钢材。
目前，国内主要的厂家的高钢产品基本处于同一质量水平。
武钢产品主要以360级别为主，成品性能较好；
舞钢成品板幅大，热处理手段齐全能够生产较厚的高强钢板；
太钢高强钢板板形控制好，平直度到达进口钢水平。
虽然，国内已取得可喜的发展，但我国高钢整体尚未形成通用化、系列化的标准。
[2]
1.2宽厚板轧机的现状
我国目前建设投产的用于宽厚板生产的宽厚板坯连铸机都不同程度地具有前沿技术特征、很高的装备水平、配置了高水平的工艺模型和控制软件，完全具有生产高品质的无缺陷连铸坯的条件。
但是生产的连铸坯规格厚度大多≤300mm，轧制厚度>
80mm的高物理性能和等级的宽厚板材，工艺条件受到限制。
宝钢和舞钢具有电炉冶炼和模铸生产宽厚板的条件，采用传统模铸工艺生产的扁锭，仍然具有高纯净钢和组织生产单件小批量、特殊用途钢材的灵活性。
宝钢5m轧机二期工程粗轧机投产后，能采用1000mm厚的钢锭，轧制400mm的特厚钢板。
舞阳钢厂经过多轮次试验，以连铸坯替代模铸扁锭轧制厚度130-150mm的钢板，成材率比模铸提高15%，达到88%以上；
用连铸坯轧制可大大降低加热能耗和费用，以300mm厚连铸坯为例，其轧制前加热时间是4-5小时；
而模铸生产对应的扁锭加热时间需要10多小时。
[3]
2高强度宽厚板的用途
高强度宽厚板多用于大型海洋工程和造船业、大型桥梁、大口径石油、天燃气输送管线、大型压力容器和储罐、重型建筑结构（特别是高层、防火、耐侯、大跨度和非对称的空间结构用途）、大型水利电力、核能和机械工程。
高强度宽厚板不仅要求具有高的强度等级，要求高纯净度,高的韧性和抗疲劳特性;
还要求具有良好的焊接和加工性能及其它特殊性能。
这些用途的宽厚板往往还单独或综合要求具有良好的低温冲击性能，抗焊接热影响和裂纹敏感特性,或者试件断面收缩率达到25%或35%以上的抗层状撕裂的性能。
[4]
2.1船舶及海洋工程用钢板
船用钢材主要是钢板、型材（包括角钢、Ｈ型钢、Ｔ型钢、工字钢、球扁钢），以及船用钢管等。
从品种规格来看，中国造船板品种、规格已基本能够满足市场要求。
国内5000mm级宽厚板轧机已有6套，包括鞍钢鲅鱼圈、宝钢、沙钢、湘钢、五矿营钢等，均配备了完善的精整和热处理系统。
船舶行业的发展对钢铁行业提出了“大、高、新”的要求，即大规格、高强度、新技术，需要在品种和规格、低温用钢、集装箱止裂板、油舱用耐腐蚀钢、海洋工程装备用钢、船用配套设备用钢、高效焊接技术等方面取得更大的突破。
[5]
2.2机械用高强钢板高强钢
机械行业是钢材消费大户，钢材消费量仅次于建筑行业，且机械行业用钢具有品种多、规格范围大的特点。
目前，高强度工程机械用钢是国内钢铁企业研发进度最快的品种之一，传统的中厚板生产企业已具备了很高的生产技术水平和批量供应能力。
宝钢成功研制出1000Mpa级易焊接超高强厚板和1200Mpa级调质超高强厚板，引领了国内工程机械板的发展方向，达到了国际先进水平。
80kg级工程机械用钢主要应用于大型电铲、钻机、推土机的铲斗、起重机吊臂和转台、煤机结构件等。
70kg级工程机械用钢主要应用于工程机械、煤矿液压支架、军用舟桥、起重机吊臂等。
60kg级工程机械用钢的生产企业相对较多,主要用于工程结构、煤机制造行业，如大型推土机底板、汽车起重机的液压支架、挖掘机底板、液压支架等。
以煤炭机械为例，随着煤炭机械向大功率、高性能趋势发展，要求宽厚板的强度，耐磨性必须不断提高。
[6]
2.3车辆用钢
目前，许多汽车制造商为了应对世界范围所提出的节能减排要求，必须大量采用轻量化材料。
高强度钢的大量应用不仅起到了节能减排的作用，同时还能提高汽车的安全性能，保持汽车的生产成本和提高其回收利用率。
随着汽车碰撞安全性能的不断提升以及轻量化进程的推进，高强度钢已逐渐成为了许多新车型车身的主用材。
车辆用钢,基本上分为三种类型,其一是车身结构的主体部分用材,如车身的纵横梁、保险杠、发动机支架和转向齿轮箱支架等,需用板材虽有一定的厚度要求,但不需太宽的钢板来制造;
其二为火车车箱外板,轿车的底盘、外壳、车门、挡泥板等,属于热轧或冷轧薄板范畴;
另一类可以纳入宽厚板领域,如大型挖掘机、大型装载机及大型电动轮翻斗车用材。
154吨电动轮翻斗车的车箱底板,宽达64oomm,就需要宽度在300omm以上的钢板拼焊。
[7]
2.4水电站压力管用钢
高压水管是水电站装备极为重要的组成部分，近年由于各国修建的水电站水头不断提高，管径越来越大，高压水管选材就趋向高强度、大壁厚的钢板。
水头高和管径的乘积是选材的一个重要依据。
钢材的强度级别取决于钢管在具体电站设计中受力大小，结构形式、以及水质、气候、地形等条件，同时又制约于钢管的造价、质量要求和施工进度。
不论是普通水电站还是抽水蓄能电站，基本趋势是提高高压水管用钢材的强度级别而减少壁厚。
2.5其它用途的宽厚钢板
在国民经济和国防建设的其他领域需用厚度或宽度较大的中厚钢板情况,在国外一般15—20%。
2.5.1桥梁用钢板
栓焊结构的铁路桥和悬拉式公路桥的钢制纵梁,最大跨度已超过20Om。
到目前为止世界上大型桥梁拼板厚度在10一50m,最大板宽在30mm左右。
2.5.2建筑用钢板
不论是工业建筑还是民用设施的梁、柱、衔架等,虽可用钢板拼焊,承受静载或动载,除了大型箱式结构或如水坝闸门、港口码头外,极少采用宽且厚的钢板作为结构材料。
2.5.3装甲钢板
在国防建设方面,各军兵种的装甲钢板是特殊的一类钢材,为了提高坦克、装甲运输车、炮台以及舰船的防护能力,要求生产各类高抗弹性能的装甲用板材,由常规热轧钢板到形变热处理的产品,以均质装甲钢板至复合装甲钢板,厚度由6.0-l00mm,产业的提升就要求基础产品用材的质量升级。
如低合金类大于60mm的厚板、高层建筑用z向钢、舰艇用钢、桥梁钢等，这些产品（或使用领域）对热处理中厚板都有要求。
高层建筑用热处理z向中厚板钢主要使用在超高层的高层建筑中，高建钢要强度高、韧性好，同时具有较好的抗层状撕裂性能，目前全世界各地的高层建筑层出不穷，故抗层状撕裂的高建钢的使用量前景较大。
目前，中国桥梁用钢发展趋势，一是强度级别由370MPa逐步提高到420Mpa;
二是对钢板耐候性的要求越来越高；
三是为减少焊缝和节点，对于超宽超厚的高强度桥梁板需求日益增加。
[8]
3常用高强度钢及性能
3.1常用高强度钢的分类
国家已公布的汽车用高强度钢大致可分2类:
传统高强度钢（CHSS）和先进高强度钢（AHSS），如CHSS通常是采用固溶强化、析出强化和细化晶粒强化等手段进行强化所得到的钢种，主要包括烘烤硬化钢板（BH）、高强度无间隙原子（HSIF）、低合金高强度钢（HSLA）、各向同性钢板（IS）和碳锰钢（CMn）。
AHSS则是指通过相变进行强化所得到的钢种，其组织中存在2种情况:
一种是包含有马氏体、贝氏体和残余奥氏体三相的组织;
另一种是包含有马氏体和残余奥氏体的组织，通常包括双相钢（DP）、孪晶诱发塑性钢（TRIP）、复相钢（CP）和马氏体级钢（Mart）等。
目前一般所说的高强度钢主要是指先进高强度钢。
3.2常用高强度钢强化机制与性能
3.2.1双相钢（DP钢）。
DP钢的微观组织为铁素体（F）和马氏体（M）。
M弥散分布在F基体上，形成具有良好成形性和高强度的DP钢。
其微观组织主要是通过亚温淬火等方法得到。
DP钢的强度由M的含量决定，M数量越多，DP钢的强度越高。
DP钢的优点是:
屈强比低，具有室温延迟时效性，加工硬化率和伸长率都较高。
这是由于奥氏体（A）在转变成M时体积膨胀，产生了存在于F中的高密度非钉扎的位错所致。
另外，双相钢的烘烤硬化性能较高，碰撞时能吸收很高的能量，其安全性比普通碳钢高50%。
DP钢常用于制备形状复杂的高强度结构件。
DP钢是目前所用高强度钢板中最常用的，通常用于车身上的各种防撞梁、加强板、连接板等。
3.2.2烘烤硬化钢（BH钢）。
BH钢的强化机制是残留于钢中的间隙固溶原子碳和氮产生的高温应变时效，即溶解在F中的碳、氮原子聚集在应变产生的位错处，并被限制其运动。
BH钢的屈服强度低、屈强比低、延展性较好和抗凹性好。
主要用于发动机盖板、门外板、行李箱外板、顶盖板。
3.2.3马氏体钢（M钢）
钢的显微组织绝大部分为马氏体组织，M钢的抗拉强度较高，在1000MPa以上。
M钢通常需进行回火处理以改变其塑性，使其在如此高的强度下，仍具有足够的成形性能。
[9]
4高强度宽厚板的开发
4.1高强度船体及海洋工程用钢EH36-Z35的开发
4.1.1技术要求及成分设计
EH36-235船板是制造船舶及海洋平台的重要原料，对钢板的强度、韧性、抗层状撕裂及焊接性能等要求很高，首秦公司在开发5-100mmEH36-235船板的过程中采用过四种成分方案，如表3所示。
最终经过优化，并从成本角度考虑，采用分厚度规格成分设计原则，采取其中两种作为大量生产时的工艺内控成分
4.1.2工艺流程
生产工艺路线为：
铁水预脱硫——转炉冶炼——LF精炼——RH精炼——连铸——铸坯清理——加热——轧制——ACC快速冷却——探伤——正火——取样、检验——入库、发运。
4.1.3力学性能
对所生产的EH36-235进行力学性能检测，力学性能控制稳定，符合企标要求，力学性能范围如表所示。
[10]
表1EH36-235船板的力学性能
Table1mechanicalpropertiesofEH36-235shipplate
板号规格Rch/MPaRm/MPaA/%-60℃冲击Akv/J-40℃时效冲击/JZ/%
C287031Q503955453415217816810213912467.060.564.0
C287031C5039554028.51519715111111910667.060.564.0
C286981Q100375535351701631431761336449.039.054.5
C286981C10036554030.520473128412049.039.054.5
4.2高强度工程机械用钢Q690E钢的开发
4.2.1技术要求与成分设计
高强钢板要求具有足够高的强度、低的韧脆转变温度和一定的延伸率。
开发Q690E钢过程中采用了低碳及Mo—Ni—Cu—B微合金化的成分设计方案，采用
Nb、V、Ti复合微合金化设计，细化晶粒，提高钢的强度和韧性。
Cr、Mo、B提高钢的淬透性，尤其是加人适量的B；
Ni用来提高钢的韧性；
尽量降低P、S有害元素的含量；
并采用ca对夹杂物进行球化变性处理。
4.2.2生产工艺
生产工艺路线为：
铁水预处理——转炉顶底复吹——LF炉——RH真空处理——连铸——钢坯检验——钢坯加热——高压水除鳞——粗轧——精轧——ACC水冷——矫直——冷床冷却——精整——抛丸——回火处理——性能检验——成品人库。
4.2.3力学性能
1）热轧钢板的力学性能
成品厚度20mm的Q690E钢热轧后力学性能如表2所示。
表2热轧后钢板的力学性能
Table2mechanicalpropertiesofhotrolledplate
规格/mm样品编号Rp0.2/MPaRm/MPaA/%-40℃AKV/J
20TD19257100082095511.5106127107
20WD19257100075581013.5139129145
20TD19258100078595012.5186155147
20WD19258100079583514.5146121136
20TD19259100081094012.5106108111
20WD19259100087091513.5116134129
从表2中可以看出试生产的高强钢Q690E在热轧后屈服强度均满足国标要求，但是抗拉强度有波动，个别批次钢板富余量不大，有的超出了国标的要求，延伸率不能满足国标的要求，-4O℃冲击韧性良好。
2）回火后的力学性能
对轧后钢板进行680℃加热、保温30min高温回火处理后，钢板力学性能如表3所示。
其屈服强度不仅满足了国标690MPa的要求，有的已经到了790MPa级别，而抗拉强度也满足了国标的要求，且回火后的钢板具有很好的低温冲击韧性。
钢板回火后，析出的细小碳化物起到形核阻止晶粒长大的作用，因此钢的组织更加细小，钢的强度也得到了提高。
可见，采用TMCP工艺加回火工艺，强韧性匹配较好。
[11]
表3试验钢板回火后力学性能
Table3MechanicalPropertiesofteststeelaftertempering
规格/mm样品编号Rcl/MPaRm/MPaA/%-40℃AKV/J
20TD19257100080582517.5209213107
20WD19257100076581018.5178169145
20TD19258100081083517.5185207147
20WD19258100079582514.5195164181
20TD19259100075087017.0216217220
20WD19259100074086516.0247210240
4.3高强度汽车大梁钢BT610L开发
4.3.1化学成分设计
化学成分设计的基础是要满足力学性能要求，BT610L选择铁素体+珠光体组织设计，采用低碳、低硫、低磷，添加微合金元素铌和钛，强韧化机制以细晶强化为主，附加析出强化和位错强化［5］，从而获得高强度、高韧性和稳定的冷成形性等优良的综合性能。
4.3.2生产工艺
生产工艺流程如下:
铁水——铁水预处理——转炉顶底复吹冶炼——LF炉外精炼——板坯连铸——堆冷。
板坯加热——高压水除鳞——定宽压力机——E1R1粗轧机轧制——E2R2粗轧机轧制——（保温罩）——飞剪切头尾——高压水除鳞——（F1—F7）精轧机轧制——密型层流冷却——卷取——托盘运输系统——取样、检验——称重——入库。
4.3.3力学性能
对所生产的40炉BT610L进行力学性能检测，力学性能控制稳定，符合企标要求，力学性能范围见表。
[12]
表4BT610L力学性能控制水平（横向）
Table4MechanicalPropertiesofBT610L（horizontal）
Rel/MPaRm/MPaA/%180°
冷弯，b≥35mm
550～606611～66921～29合格
从表4中可得BT610L夹杂物控制良好，组织细小均匀，力学性能稳定，能够满足汽车生产厂家的使用。
5高强度宽厚板的前景展望
5.1宽厚板轧机的发展要求
未来钢铁企业为了满足高质量宽厚钢板的需求，产品品质必需满足更加严格的标准；
必然要应对日益激烈的竞争，应对来自质量、成本、效率、环保、品种和技术方面的压力和挑战；
面对一般宽厚板轧制能力过剩，高端宽厚板产品技术和生产能力仍然短缺的现状；
可以肯定炼钢-连铸-轧钢工艺流程和产品结构优化的技术改造，淘汰落后和新的工程建设将持续进行。
整合设计研究、装备制造和使用平台，鼓励支持消化吸收和掌握引进技术，重视总结实践经验的二次创新和自主集成，推动装备国产化、工艺技术和核心竞争力的实现，我国宽厚板坯连铸与宽厚板生产的技术和装备应会取得持续的进步，接近或达到国际先进水平。
[13]
5.2高强度钢的研究方向
5.2.1提高高强度钢的材料强度级别
据宝钢相关资料介绍，其拥有国内唯一一条超高强度钢板专用生产线，可以生产最高强度达冷轧1500MPa，热镀锌1000MPa的材料。
目前为止，980MPa及以下强度零件的冲压成形工艺已相对成熟;
1200MPaB柱零件的成形工艺目前正在研究中。
5.2.2提高高强度钢的成形性
目前，以宝钢、首钢、武钢、鞍钢为代表的国内多家钢铁公司都在进行针对高强度钢的先进成形方法的研究。
目前为止，比较有研究潜力的先进成形方法是液压成形与内高压成形。
[14]
5.2.3提高高强度的抗层状撕裂性能
抗层状撕裂性能对高强度宽厚板也尤为重要，这样会不致形成表面损伤、微细裂纹等以至钢板金属连续性的破坏和应力腐蚀开裂发生的问题；
能允许多次加工或修补，尤其是焊接操作。
良好的抗层状撕裂性能能降低材料发生腐蚀开裂的可能性。
[15]
6结语
中国经济高速发展推动中厚板产销量大幅增长，不同种类的高强度宽厚板有着各自的用途。
通过对高强度结构钢Q690的开发，分析了高强度钢的组织成分和生产工艺对其性能的影响。
随着高强度钢成形技术的不断提升，高强度宽厚板的应用也会更加广泛，发展前景非常乐观。
参考文献：
[1]吕进,徐磊.高强度钢板在汽车冲压生产中的应用[J].模具技术,2015
（2）:
52-55.
[2]唐郑磊,许少普,陆岳璋,李忠波,杨阳,赵远.国内中厚板热处理需求分析与发展展望[J].中国冶金,2015,25（3）:
1-4.
[3]钱振伦.宽厚板坯连铸技术和宽厚板生产[J].钢铁业,2010（7）:
30-32.
[4]孙本荣.中厚钢板生产[J].冶金工业出版社,2010,4（3）:
12-15.
[6]In-RakChoi,Kyung-SooChung,Do-HwanKim.Thermalandmechanicalpropertiesofhigh-strengthstructuralsteelHSA800atelevatedtemperatures[J].MaterialsandDesign,2014,（6）:
544-551.
[7]苏凯,余际星,徐建兵.新型汽车用高强度钢的应用现状与发展趋势[J].钢铁钒钛,2006,27（4）:
53-56.
[8]东涛.宽厚钢板用材及其技术进展[J].宽厚板,1995,1（3）:
1-20.
[9]张燕瑰,邓劲松,魏宪波,赵福全.高强度钢性能及其在车身中的应用[J].精密成形工程,2013,5（4）:
64-68.
[10]张秀飞,曹晓明,周学刚,路璐.包钢高强度汽车大梁钢BT610L开发[J].包钢科技,2015,41（3）:
36-41.
[11]冯路路,张炜星,何元春.高强度结构钢Q690E的开发[J].宽厚
板,2009,15（4）:
27-29.
[12]胡盼盼,张现强.浅谈高强度钢材的应用发展现状[J].建筑工程技术与设计,2015（18）:
1-2.
[13]朱德隆.宽厚板轧机发展概况[M].北京工业出版社,2009：
33-36.
[14]李扬,刘汉武,杜云慧.汽车用先进高强钢的应用现状和发展方向[J].材料导报A,2011,25（7）:
101-109.
[15]郝文魁,刘智勇,王显宗,李晓刚.海洋平台用高强钢强度及其耐蚀性现状及发展趋势[J].装备环境工程,2014,11
（2）:
升级会员 