| 详细介绍： 40cr钢板--兰州40cr钢板价格
无锡万信宝金属制品有限公司
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联系人：付经理
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0、前言
我国海洋工程设备关键部件用钢长期以来全部依赖进口。无锡万信宝金属制品有限公司瞄准海洋工程用钢的巨大市场需求，先后成功研制了A514GrQ、A517GrQ等系列海洋工程设备用钢，打破了进口产品长期垄断的局面。本文论述的D36-Z35海上采油平台用钢用于制作南海某气田海上采油平台最为关键的导管架构件，其中，100mm厚度规格的40cr钢板是该项目中用钢技术标准要求最高的钢种，对焊接性能、冲击韧性、屈服强度和抗层状撕裂性能等都有特殊要求。
因订货合同对40cr钢板的成分、性能和表面质量等要求苛刻，为确保生产顺行和钢板性能的一次合格率，无锡万信宝金属制品有限公司首先通过实验室模拟和热处理炉进行热处理工艺试验，制定出切实可行的热处理工艺制度，并从坯料、轧制、热处理一直到交库进行全程跟踪和控制，保证了合同钢板的交货期。Ｗｗｗ.ｊｇ３０４.ｃｏｍ
1、成分设计及工艺流程
本次订货的40cr钢板是无锡万信宝金属制品有限公司首次批量生产的高性能平台用钢，要求低碳当量、低Pcm值和控制碳偏析，同时要求宽冷弯性能，并测定下屈服强度，因此主要采取了低碳、高微合金化的成分设计思路。具体内控化学成分如表1所示。
表1：40cr钢板的内控化学成分
wt/%
|
厚度/mm
|
标准
|
40~100
|
|
C
|
≤0.18
|
0.10~0.12
|
|
Si
|
≤0.50
|
0.20~0.40
|
|
Mn
|
0.90~1.60
|
1.50~1.60
|
|
P
|
≤0.025
|
≤0.012
|
|
S
|
≤0.005
|
≤0.003
|
|
TAl
|
≥0.020
|
适量
|
|
Nb
|
0.020~0.050
|
适量
|
|
V
|
0.050~0.100
|
适量
|
|
Ti
|
≤0.05
|
|
|
Ceq
|
≤0.43
|
0.39~0.43
|
|
Pcm
|
≤0.23
|
0.20~0.23
|
由于不允许对钢板表面进行焊补，因此采用了钢锭开坯二次成材的方式生产。
2、试验及分析
2.1、成分偏析
无锡万信宝金属制品有限公司对首批生产的40cr钢板进行了成分偏析分析。取批号CHA025432钢板全厚度金相试样（成品厚度：H=95mm），从一个表面到另一个表面每隔12mm取一个点分析化学成分，结果如图1所示。从图中可以看出，钢板中C、Mn偏析程度低，分布均匀。
图1：40cr钢板的C、Mn偏析情况
2.2、实验室正火试验Ｗｗｗ.ｗｘｂｊｓ．ｃｏｍ
为了确定大生产正火工艺，在实验室不同冷却条件下检验了轧制态和热处理态钢板性能。热处理态试验的工艺制度有3个：（1）正火温度910℃，保温时间2min/mm，空冷；（2）正火温度910℃，保温时间2min/mm，完全人水冷却；（3）正火温度910℃，保温时间2min/mm，入水15s冷却。试验钢板的力学性能检测结果见表2。由表中数据可知，钢板的韧性良好，不同正火和水冷条件下获得的40cr钢板力学性能不同，据此确定了以下大生产正火试验方案。
表2：批号为CHA025432的40cr钢板在不同正火工艺试验下的力学性能
|
试验工艺制度
|
Re/MPa
|
Rm/MPa
|
A/%
|
板厚1/4处（横向）KV2/J
|
|
-20℃
|
-40℃
|
|
轧制态
|
415
|
535
|
32.0
|
299
|
300
|
300
|
252
|
300
|
299
|
|
正火温度，910℃，保温时间，2min/mm，空冷
|
360
|
495
|
34.0
|
295
|
277
|
286
|
291
|
278
|
278
|
|
正火温度，910℃，保温时间，2min/mm，完全水冷
|
345
|
600
|
28.0
|
110
|
159
|
170
|
57
|
164
|
64
|
|
正火温度，910℃，保温时间，2min/mm，入睡15s冷却
|
465
|
570
|
28.0
|
299
|
300
|
300
|
300
|
299
|
300
|
2.3、大生产正火试验方案及分析
2.3.1、试验方案1
规格为95mm×3276mm×12260mm的40cr钢板在淬火炉进行正火处理。结合试验获得的数据和设备自身的特点，制定的淬火炉正火工艺为：正火温度（910±10）℃，保温时间PLC+20min低压段冷却，返红温度为600~620℃。钢板实测力学性能见表3。
表3：试生产方案1正火处理后40cr钢板的力学性能
|
批号
|
Re/MPa
|
Rm/MPa
|
A/%
|
-20℃KV2/J
|
|
表面
|
板厚1/4处
|
横向
|
|
单值
|
平均值
|
|
CHA025429-1
|
360
|
500
|
33.0
|
201
|
241
|
165
|
300
|
300
|
300
|
|
|
|
CHA025430-1
|
365
|
520
|
33.5
|
223
|
296
|
284
|
288
|
300
|
300
|
|
|
|
CHA025432-1
|
355
|
495
|
33.5
|
232
|
296
|
300
|
300
|
300
|
300
|
|
|
|
标准
|
≥355
|
470~620
|
≥21
|
|
|
|
|
|
|
≥35
|
≥50
|
生产时冷却水温度14℃，在低压段冷却，辊速30m/min，现场测量40cr钢板返红温度620~630℃。从表3可以看出，屈服强度达到标准下限。
坯号CHA025429、CHA025430和CHA025432钢板几乎都是软相组织F，而P含量较少，并且P呈聚团现象（中心），返红温度620~630℃，正火处理后3个批号钢板的金相组织见图2，分析结果见表4。
图2：试验方案1正火处理后的40cr钢板金相组织
表4：40cr钢板的金相组织分析
|
批号
|
晶粒度/级
|
带状组织
|
金相组织
|
|
CHA025429
|
8+10①
|
2
|
F+P
|
|
CHA025430
|
10+8②
|
2
|
F+P
|
|
CHA025432
|
10+8②
|
2
|
F+P
|
注：①8级占60%，10级占40%，②10级占60%，8级占40%。
2.3.2、试验方案2
试验方案1生产的40cr钢板能够满足标准的力学性能要求，但屈服强度富裕量小，反映到工艺上，说明冷却水冷较少，冷速较低。因此，在上述工艺的基础上，加大了冷冷却速度。热处理的温度为（900±10）℃，保温时间为PLC+20min，如试验方案1一样只开低压段冷却水，辊速不变，返红温度580℃左右。钢板实测力学性能数据见表5。
表5：试验方案2正火处理后40cr钢板的力学性能
|
批号
|
Re/MPa
|
Rm/MPa
|
A/%
|
-20℃KV2/J
|
|
表面
|
板厚1/4处
|
横向
|
|
单值
|
平均值
|
|
CHA025429-1
|
405
|
530
|
30.5
|
250
|
254
|
245
|
260
|
260
|
265
|
|
|
|
标准
|
≥355
|
470~620
|
≥21
|
|
|
|
|
|
|
≥50
|
≥35
|
第二次试验生产时对冷却参数进行了调整，现场测量钢板返红温度为590~600℃，力学性能检验结果表明屈服强度明显提高。试验钢板的金相组织分析如图3所示。通过进项组织分析发现，距离钢板上、下表面0~10mm处存在少量贝氏体，其他组织都位正常的铁素体+珠光体，晶粒非常细小，为10~11级，带状组织较轻。坯号为CHA0099的40cr钢板厚度方向金相分析结果见表6。Ｗｗｗ.４３９-４４３.ｃｏｍ
图3：试验方案2正火处理后40cr钢板的金相组织
表6：坯号CHA00099的40cr钢板全厚度方向金相组织分析
|
到表面距离
|
晶粒度/级
|
带状组织
|
金相组织
|
|
0~10mm处
|
11.5
|
0
|
F+P+B（少）
|
|
1/4处
|
11.0
|
1
|
F+P
|
|
1/2处
|
10
|
1.5
|
F+P
|
|
3/4处
|
11
|
0
|
F+P
|
|
钢板另一表面
|
11
|
0
|
F+P
|
通过以上工艺的调整，增强了冷冷却能力，晶粒更加细化，原始奥氏体组织也得到细化，并产生一定量的贝氏体硬相组织，提高了强度。由于贝氏体量很少，不会对钢板的韧性有太大影响，从而解决了强度低和Z向性能不合的问题。
采用试验方案2，在淬火炉进行钢板批量生产，结果表明40cr钢板的力学性能良好，实测数据见表7。
表7：批量生产40cr钢板的力学性能
|
坯号
|
Re/MPa
|
Rm/MPa
|
A/%
|
板厚1/4处-20℃KV2/J
|
Z向性能/%
|
|
CHA100281-1
|
380
|
520
|
31.5
|
214
|
191
|
213
|
58.0
|
57.0
|
50.0
|
|
CHA100283-1
|
390
|
540
|
29.5
|
240
|
259
|
126
|
50.5
|
50.0
|
48.0
|
|
CHA100285-1
|
410
|
540
|
28.5
|
242
|
242
|
209
|
44.5
|
42.5
|
54.5
|
|
CHA100284-1
|
385
|
530
|
27.5
|
216
|
182
|
246
|
41.5
|
47.5
|
53.0
|
|
CHA100468-1
|
370
|
515
|
32.0
|
240
|
202
|
235
|
39.5
|
39.5
|
45.5
|
|
CHA100474-1
|
405
|
555
|
27.0
|
94
|
136
|
253
|
31.0
|
33.0
|
26.0
|
3、结论
（1）通过低碳、高微合金化可以有效降低碳当量和Pcm，达到南海某气田海上采油平台项目对40cr钢板的技术条件要求。
（2）通过实验室探索和大生产实践，找到了合适的热处理工艺，正火后较弱的水冷可以保证钢板获得良好的力学性能，尤其是获得较好的韧性。
（3）通过热处理工艺调整，批量生产的40cr钢板性能均匀稳定，为后续承接大单合同奠定了基础。
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