论文部分内容阅读
[摘 要]本文研究低碳含钒海洋石油平台用H型钢（55C钢）的断面性能特点，对H型钢轧后横断面不同部位进行了显微组织分析和力学性能测试，并且和国内外同类H型钢产品做了比较。结果表明，H型钢横断面不同部位的组织和性能不同：在H型钢翼缘板1/2处组织和力学性能最好，而腹板与翼缘板相交处组织综合力学性能相对较差。从控制冷却温度和H型钢的形状解释造成H型钢横断面性能存在差异的原因，提出改善H型钢断面机械性能的轧制工艺。
[关键词]控制轧制；显微组织；机械性能。
中图分类号：D456 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0321-01
前言
H型钢也称万能钢梁，作为一种高效钢材已被所有工业发达国家普遍采用。马钢热轧H型钢厂的投产，开创了我国海洋石油平台用厚壁H型钢的国产化生产进程[1]。1998年9月投产的马钢H型钢生产线，结束了我国不能系列生产H型钢的历史。依赖其先进的工艺和装备，生产的普通H型钢质量达到了国际先进水平[2]。
本文参考国内外研究的结果，对H型钢横断面各处的组织和性能进行了研究。寻求产生横断面性能不均的原因，探索使H型钢工件横断面各处组织和性能均匀化的加工工艺。
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为马钢冶炼，英标BS55C的H型钢。其成分表1所示。
1.2 试验方法
1.21 轧制工艺
试样轧制参数：加热温度：1180℃～1250℃；开轧温度：1160℃～1200℃；粗轧机的9-9-10道次的温度：≤930℃；终轧温度：900℃～850℃；精轧机开轧温度：900℃～850℃；精轧机终轧温度：850℃～800℃。
1.22 试样取样部位及编号
取样部位：取腹板以上右侧翼缘1/2、1/4处，腹板翼缘相交处以及腹板以下右侧翼缘1/2、1/4处，作冲击性能测试，；另外取腹板以上左侧翼缘1/2、1/4处，腹板翼缘相交处以及腹板以下左侧翼缘1/2、1/4处，腹板中部上下两侧试样作拉伸能试验。
1.23 轧后冲击性能试验
将轧后试样制成标准梅氏V缺口冲击试样，进行冲击性能试验，测定试样的冲击吸收功。
1.24 拉伸试验
将轧制后的材料制成标准拉伸试样，进行拉伸试验，测量其屈服强度（бS）和拉伸强度（бb）等。
1.25 显微组织观察
将冲击试样制成金相试样，利用光学显微镜下对所有试样进行组织观察，完成图像拍摄。
1.26 晶粒大小和珠光体含量的测定
本次试验采用截线法测组织晶粒大小和珠光体的含量。在光学显微镜下随机选择若干个视场（晶粒个数500个以上），然后用下列方法计算出晶粒尺寸。
2 试验结果及分析
2.1 冲击性能测试（图1）
其中位于腹板以上翼缘1/2处即RU12部位冲击吸收功最大，韧性最好；而在腹板翼缘相交处即MR部位的冲击吸收功最小，韧性最差（图2）。
2.2 拉伸性能测试
根据图3析可知，H型钢的腹板翼缘相交处R的抗拉强度、断后伸长率及断面收缩率都是最低值。结果表明和H型钢的结构和冷却速度有关。在图1图2腹板翼缘相交处屈服强度和冲击韧性存在最低值，这有一定的对应关系。
2.3 显微组织观察
将冲击性能试验后试样做显微组织观察，编号为RU14C、RU12C。
H型钢不同部位的显微组织都是铁素体和珠光体。经过比较可明显看出在同一块H型钢不同部位的组织明显不同。RU12部位的铁素体和珠光体晶粒都较小，其珠光体晶粒呈不连续分布，所以H型钢该部位的力学性能相应最好。
2.4 晶粒大小和珠光体含量的测定
由表2可知，H型钢的腹板与翼缘相交处的组织相对最为粗大，珠光体含量最高，在腹板以上1/2腰部的组织晶粒尺寸最细小。这和显微组织观察及力学性能测试结果有较好的对应关系。
3 改善H型钢端面性能的措施
首先对轧件较厚部位（R部及腿部）的外表面采用较大的冷却强度，使其获得较大的降温，而对较薄的部位（腹板以上翼缘板1/2附近）采用较小的冷却强度，进而使该部位保持相对高一些的温度。待轧件空冷时，在利用较厚的部位内部（R部及腿部的内部）的热量去减缓该部位外表面及外表面附近（如腹板以上翼缘板1/4处）的温降速度，同时又可以利用内外表面的温差来加速轧件较厚部位内部（R部及腿部的内部）的温降速度。
4 结论
（1）经过正常生产线轧制后，H型钢横断面各部位组织和性能存在明显的不均匀性。原因是各部位的截面尺寸不同，轧后冷却速度不同，因而显微组织不同.
（2）H型钢的综合机械性能与显微组织及截面尺寸具有良好的对应关系。上翼中部的综合机械性能相对良好，对应有相对细小的组织晶粒尺寸。而腹板翼缘相交处（R部位）的综合机械性能相对最差，原因是该处最厚，组织晶粒尺寸粗大。
（3）同国内外同类H型钢产品的比较可知，试验用55C钢中的合金元素V对强度具有明显的改善作用。55C钢种的H型钢强度性能优于国外同类产品，但韧性稍次。
（4）用控制冷却的方法，获得较均勻的温度分布，可以一定程度地减少H型钢的性能不均匀性，提高腹板翼缘相交处的综合机械性能。
参考文献
[1] 顾建国.海洋石油平台用H型钢的开发研究[J].钢铁，2001，36（2）：29～33.
[关键词]控制轧制；显微组织；机械性能。
中图分类号：D456 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0321-01
前言
H型钢也称万能钢梁，作为一种高效钢材已被所有工业发达国家普遍采用。马钢热轧H型钢厂的投产，开创了我国海洋石油平台用厚壁H型钢的国产化生产进程[1]。1998年9月投产的马钢H型钢生产线，结束了我国不能系列生产H型钢的历史。依赖其先进的工艺和装备，生产的普通H型钢质量达到了国际先进水平[2]。
本文参考国内外研究的结果，对H型钢横断面各处的组织和性能进行了研究。寻求产生横断面性能不均的原因，探索使H型钢工件横断面各处组织和性能均匀化的加工工艺。
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为马钢冶炼，英标BS55C的H型钢。其成分表1所示。
1.2 试验方法
1.21 轧制工艺
试样轧制参数：加热温度：1180℃～1250℃；开轧温度：1160℃～1200℃；粗轧机的9-9-10道次的温度：≤930℃；终轧温度：900℃～850℃；精轧机开轧温度：900℃～850℃；精轧机终轧温度：850℃～800℃。
1.22 试样取样部位及编号
取样部位：取腹板以上右侧翼缘1/2、1/4处，腹板翼缘相交处以及腹板以下右侧翼缘1/2、1/4处，作冲击性能测试，；另外取腹板以上左侧翼缘1/2、1/4处，腹板翼缘相交处以及腹板以下左侧翼缘1/2、1/4处，腹板中部上下两侧试样作拉伸能试验。
1.23 轧后冲击性能试验
将轧后试样制成标准梅氏V缺口冲击试样，进行冲击性能试验，测定试样的冲击吸收功。
1.24 拉伸试验
将轧制后的材料制成标准拉伸试样，进行拉伸试验，测量其屈服强度（бS）和拉伸强度（бb）等。
1.25 显微组织观察
将冲击试样制成金相试样，利用光学显微镜下对所有试样进行组织观察，完成图像拍摄。
1.26 晶粒大小和珠光体含量的测定
本次试验采用截线法测组织晶粒大小和珠光体的含量。在光学显微镜下随机选择若干个视场（晶粒个数500个以上），然后用下列方法计算出晶粒尺寸。
2 试验结果及分析
2.1 冲击性能测试（图1）
其中位于腹板以上翼缘1/2处即RU12部位冲击吸收功最大，韧性最好；而在腹板翼缘相交处即MR部位的冲击吸收功最小，韧性最差（图2）。
2.2 拉伸性能测试
根据图3析可知，H型钢的腹板翼缘相交处R的抗拉强度、断后伸长率及断面收缩率都是最低值。结果表明和H型钢的结构和冷却速度有关。在图1图2腹板翼缘相交处屈服强度和冲击韧性存在最低值，这有一定的对应关系。
2.3 显微组织观察
将冲击性能试验后试样做显微组织观察，编号为RU14C、RU12C。
H型钢不同部位的显微组织都是铁素体和珠光体。经过比较可明显看出在同一块H型钢不同部位的组织明显不同。RU12部位的铁素体和珠光体晶粒都较小，其珠光体晶粒呈不连续分布，所以H型钢该部位的力学性能相应最好。
2.4 晶粒大小和珠光体含量的测定
由表2可知，H型钢的腹板与翼缘相交处的组织相对最为粗大，珠光体含量最高，在腹板以上1/2腰部的组织晶粒尺寸最细小。这和显微组织观察及力学性能测试结果有较好的对应关系。
3 改善H型钢端面性能的措施
首先对轧件较厚部位（R部及腿部）的外表面采用较大的冷却强度，使其获得较大的降温，而对较薄的部位（腹板以上翼缘板1/2附近）采用较小的冷却强度，进而使该部位保持相对高一些的温度。待轧件空冷时，在利用较厚的部位内部（R部及腿部的内部）的热量去减缓该部位外表面及外表面附近（如腹板以上翼缘板1/4处）的温降速度，同时又可以利用内外表面的温差来加速轧件较厚部位内部（R部及腿部的内部）的温降速度。
4 结论
（1）经过正常生产线轧制后，H型钢横断面各部位组织和性能存在明显的不均匀性。原因是各部位的截面尺寸不同，轧后冷却速度不同，因而显微组织不同.
（2）H型钢的综合机械性能与显微组织及截面尺寸具有良好的对应关系。上翼中部的综合机械性能相对良好，对应有相对细小的组织晶粒尺寸。而腹板翼缘相交处（R部位）的综合机械性能相对最差，原因是该处最厚，组织晶粒尺寸粗大。
（3）同国内外同类H型钢产品的比较可知，试验用55C钢中的合金元素V对强度具有明显的改善作用。55C钢种的H型钢强度性能优于国外同类产品，但韧性稍次。
（4）用控制冷却的方法，获得较均勻的温度分布，可以一定程度地减少H型钢的性能不均匀性，提高腹板翼缘相交处的综合机械性能。
参考文献
[1] 顾建国.海洋石油平台用H型钢的开发研究[J].钢铁，2001，36（2）：29～33.