JFE-LT-FH32低温钢火工工艺及其验证方法

摘要

本发明提供一种JFE-LT-FH32低温钢火工工艺，工艺参数包括加热区形状、加热温度、冷却方式和加热次数，加热区形状为线状、点状或楔形，加热温度不大于950℃，冷却方式为空冷或水冷；直接水冷时水火距为120mm；或在550℃以下进行水冷；加热次数最多3次。本发明还提供上述火工工艺的验证方法：根据工艺参数制定试验项目，为每组试验项目切割试板，按照试验项目将各试板重复加热3次；再按照国家标准对各试板进行拉伸和低温冲击试验，验证经过加热的各试板力学性能值是否符合试板母材力学性能指标。本发明的工艺具体、全面，可满足现场多种施工，也使现场操作更规范；保证了JFE-LT-FH32低温钢船体结构正常施工。

说明书

技术领域

本发明涉及船舶制造技术领域，特别是涉及一种JFE-LT-FH32低温钢火工工艺及其验证 方法。

背景技术

在船舶制造行业，火工工艺是对船舶的特定板材进行热变形处理的一门工艺技术，所述 特定板材通常为JFE-LE-FH32低温钢。

目前，国内针对JFE-LT-FH32低温钢的热加工性能的研究尚未涉及。在国外，JFE钢铁 株式会社仅仅对该JFE-LT-FH32低温钢的热加工特性进行了简单归纳。经过系统研究国外 JFE-LT-FH32低温钢热加工特性的相关资料，从火工工艺角度进行分析，相关资料中所进行 的火工工艺性能试验不够全面，主要存在以下不足：

1、所采用的加热区形状单一，只有线状加热区；

2、未明确具体的水冷条件，对水冷起始温度和水火距没有具体可操作标准；

3、加热次数≤2次，使JFE-LT-FH32低温钢在推荐重复加热次数“3次”时的力学性能 的优劣得不到验证。

火工工艺性能试验的不够全面使试验所得出的结论无法充分体现JFE-LT-FH32低温钢的 热加工特性，使制定的火工工艺应用于现场施工的可行性得不到保障，难以保证该钢种船体 结构的正常施工，从而影响到船体施工建造进度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种能够充分体现 JFE-LT-FH32低温钢的热加工特性、保证低温钢船体结构正常施工的JFE-LT-FH32低温钢火 工工艺及其验证方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种JFE-LT-FH32低温钢火工工艺，包括以下步骤：

1）根据需要进行火工工艺处理的JFE-LT-FH32低温钢形状结构特点确定火工工艺加热 区的形状，在所述JFE-LT-FH32低温钢的相应部位堪划加热区边界线；

2）采用焊炬对所述加热区进行加热，使加热区的表面温度不大于950℃；

3）冷却所述加热区，所述冷却方式为空冷或水冷，所述水冷的起始温度不大于550℃， 使所述加热区的表面温度降低到80℃以下。

可选地，在步骤2）和步骤3）之间，还设有对所述JFE-LT-FH32低温钢的加热区进行矫 正的步骤。

优选地，所述JFE-LT-FH32低温钢的同一加热区的加热次数最多为3次。

优选地，所述加热区的形状为线状、点状或楔形；所述线状加热区的冷却方式为空冷或 直接水冷，所述直接水冷的水火距为120mm-170mm；所述点状加热区和楔形加热区的冷却 方式为空冷或水冷，所述水冷的起始温度不大于550℃。

本发明还提供一种JFE-LT-FH32低温钢火工工艺的验证方法，包括以下步骤：

A、根据权利要求1所述的JFE-LT-FH32低温钢火工工艺，制定以下试验项目：

线状加热试验项目如下表：

组别 试板规格mm 加热温度℃ 冷却方法 1 500×300×14 900 直接水冷，水火距120mm 2 500×300×14 750 空冷 3 500×300×14 750 直接水冷，水火距120mm 4 500×300×10 750 空冷

点状加热试验项目如下表：

组别 试板规格mm 加热温度℃ 冷却方法 1 750×300×14 900 空冷 2 750×300×14 900 550℃以下水冷 3 750×300×10 900 空冷 4 750×300×10 900 550℃以下水冷 5 550×300×14 900 空冷 6 550×300×14 900 550℃以下水冷 7 550×300×10 900 空冷 8 550×300×10 900 550℃以下水冷

B、

楔形加热试验项目如下表：

组别 试板规格mm 加热温度℃ 冷却方法 1 550×300×14 900 空冷 2 550×300×14 900 550℃以下水冷 3 550×300×10 900 空冷 4 550×300×10 900 550℃以下水冷

B、制备步骤A中的试验项目所需要的低温钢火工试板，使所有试板的长边方向均为钢 板的轧制方向；

C、根据步骤A中的试验项目对加热区形状的要求为各试板分别堪划相应的加热区边界 线及测温点标记线；并将各试板进行编号，放在火工平台上；

D、按照步骤A中的试验项目要求，对各试板进行加热试验，重复加热三次，并实时检 测、记录各试板上测温点的表面温度，保证各测温点的表面温度满足步骤A中的试验项目对 加热温度的要求；

E、将经过加热试验的各试板按照国家标准进行拉伸试验和低温冲击试验，得出经过加热 试验的各试板的力学性能值，判断经过加热试验的各试板的力学性能值是否符合试板母材的 力学性能指标，确定权利要求1所述的JFE-LT-FH32低温钢火工工艺在现场施工的可行性。

优选地，在步骤E中，还要将经过线状加热的各试板按照国家标准进行弯曲试验，得出 相应力学性能值，判断相应力学性能值是否也符合试板母材的力学性能指标，确定权利要求 1所述的JFE-LT-FH32低温钢火工工艺采用线状加热区在现场施工的可行性。

优选地，所述加热试验中，实际水火距大于所述火工工艺参数要求的120mm，且与所述 火工工艺参数要求的水火距的误差在50mm以内。

优选地，所述加热试验中，火工工具采用焊炬，热源采用氧-丙烷气源产生的中性焰，各 试板的实际加热温度与步骤A中的试验项目要求的加热温度的误差在±50℃以内。

优选地，每一组试验项目中的低温钢火工试板的数量为2块，该2块低温钢火工试板由 同一张钢板上截得。

优选地，在步骤C中，各试板与火工平台之间要加垫小铁块。

如上所述，本发明的一种JFE-LT-FH32低温钢火工工艺及其验证方法，具有以下有益效 果：

制定的火工工艺内容更全面，加热区形状更具代表性，涵盖了线状、点状或楔形三种形 状，可满足现场的各种施工需求；加热温度和加热次数的制定，更符合现场生产操作的特点； 冷却方式更为明确，使现场的操作更规范。火工工艺都经过试验验证，通过试验使 JFE-LT-FH32低温钢的热加工性能得以充分体现，使现场施工的安全性得到保障，保证了低 温钢船体结构的正常施工。

附图说明

图1显示为线状加热区的低温钢火工试板的标记划线示意图。

图2显示为点状加热区的低温钢火工试板的标记划线示意图1。

图3显示为点状加热区的低温钢火工试板的标记划线示意图2。

图4显示为楔形加热区的低温钢火工试板的标记划线示意图。

图5显示为线状加热的轨迹示意图。

图6显示为点状加热的轨迹示意图。

图7显示为楔形加热的轨迹示意图。

元件标号说明

100    JFE-LT-FH32低温钢火工试板

101    测温点

110    线状加热区

111    线状加热区的加热轨迹

120    点状加热区

121    点状加热区的加热轨迹

130    楔形加热区

131    楔形加热区的加热轨迹

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭 露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图7。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以 配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施 的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整， 在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容 所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等 的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或 调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

鉴于现有技术中，国内针对JFE-LT-FH32低温钢的热加工性能的研究尚未涉及；国外的 JFE钢铁株式会社仅仅对该JFE-LT-FH32低温钢的热加工特性进行了简单归纳，相关资料中 所进行的火工工艺性能试验不够全面，所采用的加热区形状单一，只有线状加热区；对水冷 起始温度和水火距没有操作标准；加热次数不大于2次，使JFE-LT-FH32低温钢在正常施工 中加热次数为3次时的力学性能的优劣得不到验证；从而使试验所得出的结论无法充分体现 JFE-LT-FH32低温钢的热加工特性，使现有技术的火工工艺内容不够全面，难以保证该钢种 船体结构能够正常施工。本发明的发明人提供一种JFE-LT-FH32低温钢火工工艺及其验证方 法，通过全面分析JFE-LT-FH32低温钢的理化性能、热加工特性、用于船体中形成的线形结 构的变形特点以及火工工艺对低温钢性能的影响，制定出更为全面的火工工艺内容；通过更 详细、全面的性能验证试验，全面验证本发明的火工工艺参数在现场施工的可行性，保证低 温钢船体结构的正常施工。

以下将通过具体实施例来对本发明的JFE-LT-FH32低温钢火工工艺及其性能验证方法进 行详细说明。

一种JFE-LT-FH32低温钢火工工艺，包括以下步骤：

1）根据需要进行火工工艺处理的JFE-LT-FH32低温钢形状结构特点确定火工工艺加热 区的形状，所述加热区的形状可以为线状、点状或楔状，在所述JFE-LT-FH32低温钢的相应 部位堪划确定下来的加热区形状的边界线；

2）采用焊炬对所述加热区进行加热，使加热区的表面温度不大于950℃；

从现场施工的便利性及施工效果考虑，当加热区形状为线状时，所述线状加热区的表面 温度优选为700℃-800℃或850-950℃；当加热区形状为点状或楔形时，所述点状加热区和楔 形加热区的表面温度均优选为850℃-950℃；当然，根据实际情况，各种形状加热区的加热温 度也可以为700℃以下，只要不大于950℃都能满足本发明的火工工艺要求；

3）对加热区进行矫正；

因为火工工艺的目的有时是为了对焊接的船体结构进行背烧矫正，有时只是为了消除船 体结构因焊接等各种原因造成的不良应力集中现象，所以，当本发明的火工工艺只是用来消 除应力集中时，本步骤3）可以省略；

4）冷却所述加热区，使所述加热区的表面温度降低到80℃以下；其中，冷却方式可以 为空冷或水冷，当采用水冷时，水冷的起始温度不大于550℃。

在现场施工时，为了保证现场施工的安全性，采用本发明的JFE-LT-FH32低温钢火工工 艺对同一加热区的加热次数优选为最多3次，即本发明的JFE-LT-FH32低温钢火工工艺的步 骤2）至步骤4）在同一加热区的重复次数优选为最多3次，重复加热需在上一次的加热冷却 到80℃以下后再进行。

当加热区形状为线状时，冷却方式可以采用空冷或直接水冷，采用直接水冷时要保持 120mm-170mm的水火距，以保证JFE-LT-FH32低温钢与水接触部位的温度在550℃以下。 而当加热区的形状为点状或楔形时，所述点状加热区和楔形加热区的冷却方式为空冷或水冷， 所述水冷的起始温度应不大于550℃。

本发明的JFE-LT-FH32低温钢火工工艺是考虑以下因素综合制定的：

分析JFE-LT-FH32低温钢的理化性能（详见表1、表2），研究总结JFE-LT-FH32低温 钢热加工特性的相关资料（详见表3），考虑低温钢船体的线形结构易发生复杂变形的特点， 以及变形时采用的加热方法使材质的力学性能降低的因素，并分析钢的相变转变温度对低温 钢热加工性能的影响（详见表4、表5）。

表1JFE-LT-FH32低温钢主要化学成分

表2JFE-LT-FH32低温钢主要力学性能

表3JFE-LT-FH32低温钢加热特性

表4KL33低温钢线状加热区的加热条件

表5KL33低温钢线状加热后力学性能试验结果

与现有技术相比，本发明考虑的综合因素更为全面，使制定的火工工艺参数更全面，加 热区形状更具代表性，涵盖了线状、点状或楔形三种形状，可满足现场的各种施工需求；加 热温度和加热次数的制定，更符合现场生产操作的特点，保证了现场施工的安全性；冷却方 式更为明确，使现场的操作更规范。

本发明还提供一种JFE-LT-FH32低温钢火工工艺的验证方法，包括以下步骤：

A、根据所述JFE-LT-FH32低温钢火工工艺，制定以下试验项目：

线状加热试验项目如下表：

因为钢的相变起始温度为727℃，也就是说727℃是钢热加工时的敏感温度，考虑到在施 工现场采用线状火工矫正时，其对钢的加热温度常达750℃，故线状加热试验项目中制定了 750℃的加热温度；

点状加热试验项目如下表：

组别 试板规格mm 加热温度℃ 冷却方法 1 750×300×14 900 空冷 2 750×300×14 900 550℃以下水冷 3 750×300×10 900 空冷 4 750×300×10 900 550℃以下水冷 5 550×300×14 900 空冷 6 550×300×14 900 550℃以下水冷 7 550×300×10 900 空冷 8 550×300×10 900 550℃以下水冷

楔形加热试验项目如下表：

组别 试板规格mm 加热温度℃ 冷却方法 1 550×300×14 900 空冷 2 550×300×14 900 550℃以下水冷 3 550×300×10 900 空冷 4 550×300×10 900 550℃以下水冷

B、如图1至图4所示，制备步骤A中的试验项目所需要的低温钢火工试板100，使所 有试板100的长边方向均为钢板的轧制方向。

为了保证试验的准确度，每一组试验项目中的试板100的数量为2块，所有试板100均 由厚度为14mm、10mm的两种板材切割而得，试板100的切割可采用冷切割，也可采用热切 割的方法截取。为了准确地检测出火工工艺试验后JFE-LT-FH32低温钢的力学性能是否能够 满足试板母材的力学性能指标，每一组试验项目中的2块低温钢火工试板应由同一张钢板上 截得，且应从制备试板的每一张钢板上预留试板母材，用于力学性能试验分析比对。

C、如图1至图4所示，根据步骤A中的试验项目对加热区形状的要求，在各试板上100 分别堪划相应的加热区边界线及测温点101的标记线（由于在现场施工过程中对T排、角钢 等型钢变形以及板架结构的板面及板边不规则变形矫正时，常常采用点状加热的方法，而T 排和角钢的腹板相对而言较窄，故点状加热采用两种不同标记划线形式，该两种划线形式的 测温点101的间距不同，详见图2、图3）；并将各试板100进行编号，放在火工平台上。

为了减少各试板100与火工平台之间的热传导造成的热损失，减少火工平台不必要的受 热，在各试板于火工平台之间应加垫小铁块。

D、按照步骤A中的试验项目要求，对各试板重复加热三次（重复加热要在上一次加热 达到加热温度要求、并被冷却至80℃以下后再进行），并实时检测、记录各试板上测温点101 的表面温度(可记录于表6)，保证各测温点的表面温度满足步骤A中的试验项目对加热温度的 要求，且加热温度要满足本发明的火工工艺的要求（即各试板的实际加热温度不大于950℃， 且实际加热温度与步骤A中试验项目要求的加热温度表面温度误差应在±50℃以内）。

表6低温钢火工工艺性能试验温度记录表

在加热试验中，线状加热的轨迹111如图5所示，为直线推进的螺旋状；点状加热的轨 迹121如图6所示，为由圆周向圆心的螺旋状；楔形加热的轨迹131如图7所示，为呈放射 形的螺旋状。加热采用的火工工具为焊炬（又称矫正炬），焊炬的加热嘴口径为1.5mm-3mm； 火焰燃气采用氧-丙烷混合气体，要保证加热火焰（即热源）为中性焰；水冷时的冷却水采用 自来水，流量一般控制在50ml/s-70ml/s即可。当采用线状加热、冷却方式为直接水冷时，水 冷过程中的实际水火距要大于120mm、小于170mm（即与所述火工工艺参数要求的水火距 的误差在50mm以内）；当采用点状或楔形加热、冷却方式为水冷时，水冷的起始温度要不 大于550℃。

加热试验的火工工艺如下：

a、调节氧-丙烷气源，使加热火焰为中性焰；

b、先在废弃板试烧，检测3件测温仪的精度及适用于加热区的火色；

c、将调节好的火焰移至试板100，控制好焰芯尖与试板100的距离；

d、线状加热时先烧约50mm长度再检测测温点101的表面温度，确定所需温度后根据火 色延续烧；点状加热则直接检测测温点101的表面温度；

e、根据试板100的划线提示，采用3件红外线测温仪针对所需测量部位及时进行检测并 作好记录；并用测温笔配合检测；

f、根据试板100的划线提示，控制水火距，对加热部位浇水前一霎那测出温度并作好记 录。

这些低温钢火工试板上的测温点的实际加热温度的检测优选地采用一件最高测温值 1100℃和两件最高测温值900℃的红外测温仪进行，用这三件测温仪同时测量同一点的温度， 以提高测温精度，并使用测温笔配合测温，最后将这三件测温仪所测得实际温度值的平均值 填入表6。

E、将经过加热试验的各试板100按照国家标准进行拉伸试验和低温冲击试验，线状加 热的试板还要进行弯曲试验，得出经过加热试验的各试板100的力学性能值（详见表7、表8 和表9），通过与表2中JFE-LT-FH32低温钢主要力学性能指标值的比较，可知经过加热试 验的各试板100的力学性能值均符合试板母材（在切割试板时预留的母材）的力学性能指标。 从而证明了本发明的JFE-LT-FH32低温钢火工工艺完全具备现实可行性。

表7线状加热力学性能结果

表8点状加热力学性能结果

试板类型 抗拉强度Rm MPa -60℃冲击吸收能量平均值KV2J 类型一（如图2所示） 488～515 116～272 类型二（如图3所示） 484～505 131～249

表9楔形加热力学性能结果

抗拉强度Rm MPa -60℃冲击吸收能量平均值KV2J 486～513 127～266

通过以上加热试验可知，利用本发明的JFE-LT-FH32低温钢火工工艺在现场施工时，应 注意以下事项：

1、应采用中性焰作为热源，对JFE-LT-FH32低温钢进行局部加热；

2、加热方法可采用线状加热、点状加热和楔形加热；即加热区可为线状加热区110、点 状加热区120或楔形加热区130；

3、加热温度应控制在950℃以下；

4、对于点状加热区120和楔形加热区130的水冷条件，其水冷起始温度应控制在550℃ 以下；

5、线状加热时，选择水火距的大小要与加热温度及板厚相配合，若加热温度提高，板厚 增加，则水火距相应增大，反之则减小，水火距一般应大于120mm；

6、同一加热区的重复加热次数最好控制在三次以内。

本发明的JFE-LT-FH32低温钢火工工艺验证方法所涉及的火工工艺更为具体、全面，使 JFE-LT-FH32低温钢的热加工性能得以充分体现，从而使通过验证的本发明的JFE-LT-FH32 低温钢火工工艺在现场施工的安全性得到保障，保证了低温钢船体结构的正常施工。

综上所述，本发明制定的火工工艺具体、全面，加热区形状更具代表性，涵盖了线状、 点状或楔形三种形状，可满足现场的各种施工需求；加热温度和加热次数的制定，更符合现 场生产操作的特点；冷却方式更为明确，使现场的操作更规范。火工工艺的各参数都经过性 能试验验证，通过试验使JFE-LT-FH32低温钢的热加工性能得以充分体现，使现场施工的安 全性得到保障，保证了低温钢船体结构的正常施工。所以，本发明有效克服了现有技术中的 种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。