随着船舶工业的高速发展，高强度船板性能的要求也愈加严格。控轧控冷工艺可以控制晶粒细化和碳氮化物析出强化，在热轧状态下即可获得高强度、高韧性、高可焊接性和良好的成型性能等最佳机械性能配合。本文详细研究了TMCP工艺对EH40钢板微观组织和性能的影响。

　　1、试样制备与试验方法

　　1.1、试验材料

　　试验通过TMCP工艺生产的40mm厚EH40钢板，化学成分如表1所示。

　　表1:试验钢EH40的化学成分wt/%

　　EH40试板经粗轧、精轧和控冷后成材。粗轧开轧温度为1I110~1140℃，精轧开轧温度为800~850℃，终轧温度为750~800℃。钢板冷却到700~780℃，ACC快速冷却到450~500℃后空冷。

　　1.2、试验方法

　　根据船级社标准，力学性能测试的取样位置选择板板材头部1/4宽度处，其中，横、纵向板状拉伸试样和横、纵V型缺口冲击试样均在板厚1/4处制取，冲击试验温度为-20~-60℃；Z向拉伸试验在靠近宽度1/2处取全厚度试样。利用金相显微镜、H-800透射电镜对板材的心部和表而进行显微组织及析出相观察。

　　2、试验结果与分析

　　2.1、力学性能

　　高强度船板的性能测试结果见表2所示。由表2可知，TMCP艺生产的EH40钢板获得较高的屈服强度和抗拉强度，韧性得到明显改善，-40℃冲击功超过100J，其综合力学性能明显高于传统热轧工艺获得的力学性能。

　　表2:EH40钢板的力学性能

　　2.2显微组织

　　对采用上述TMCP工艺轧制的钢板进行金相组织观察，不同试样的组织均为“铁索体+珠光体”的混合组织，但钢板表面和中心部位的典型金相组织有明显区别。

　　钢板在两相区温度附近终轧完成后，表面经过ACC高压水冲击冷却，冷却速度较大，表面组织基本为先共析铁素体、针状铁素体及少量珠光体的复合组织，试样表面的组织如图1（a）所示；由于板厚1/4处的冷却速度相对表面较慢，因此形成针状铁素体、多边形铁索体以及少量珠光体组织，晶粒尺寸较为均匀、细小，板厚1/4处的组织如图1（B）所示；板厚1/2处组织与板厚1/4处的相似，主要为针状铁素体组织、多边形铁素体组织和少量珠光体组织，但多边形铁素体比增多，由于板厚1/2处的压下量和冷却速度比板厚1/4处的要小，故晶粒尺寸相对增大，但整体仍比较均匀，板厚1/2处的组织如图1（c）所示。

　　图1:EH40钢板的显微组织

　　针状铁素体转变温度处于铁素体转变温度和贝氏体转变温度之间的中温段，是较快冷却速度下形成的具有较高位错密度和亚结构的组织，其强度和韧性性能优异。钢板中心变形量较表面和板厚1/4处要小，且冷却速度较表向慢，因此相变晶粒组织的细化程度减弱，针状铁素体组织的比例减小，但整体微观组织分布较为均匀，保证了板厚1/2处的强韧性能。

　　图2为-40℃冲击试样的扫描电镜断面形貌，从中可以看出此钢种具有较好的低温冲击性能，其断口形貌为典型的韧性断裂，存在较多的韧窝。

　　图2:-40℃冲击断口形貌

　　2.3、钢中位错

　　通过线切割在钢板表面割取0.5mm厚度的拨片，再经过机械加工减薄至小于0.06mm，然后双喷穿孔制成金属薄膜，在精密离子减薄仪上减薄30min得到薄膜试样。利用透射电镜观察铁素体基体，发现大量位错，且位错相互缠结、塞积形成位错墙（亚晶），起到强化作用，钢中位错及析出相如图3所示。

　　图3:钢中位错及析出相

　　从图3可以看出，位错在移动中受阻于析出物，因而出现了弯曲，这是由于试验用钢中的细小析出物呈弥散状析出，析出物的钉扎作用使大址位错线弯曲，产生位错缠结，使钢的强度提高，同时也增强了析出强化的效果。图4为控冷后弥散析出的V（C，N）相，起到很强的沉淀强化作用，分布在晶粒内部及位错线上，使钢材的强度大幅度提高，且由于其细小弥散，对钢材塑性、韧性的不利影响也较小

　　图4:晶内析出物形貌

　　3、结论

　　（1）通过控轧控冷工艺获得了细小均匀的“铁索体+珠光体”复合组织，材料的各项力学性能指标均达到船级社要求，且低温冲击性能优异，可以满足船级社对E40级船板的要求。

　　（2）通过TEM分析发现，钢中有少量碳化物颗粒析出，析出物的顶扎作用使大量位错线弯曲，提高了钢板强度并增强了析出强化效果。