DH36船板钢Z向性能与非金属夹杂

在现代船舶制造中，结构材料的性能直接关系到船舶的安全性、耐久性和经济性。DH36船板钢作为一种高强度低合金结构钢，广泛应用于船体、甲板、舱壁等关键承力部位。其综合力学性能，尤其是Z向（厚度方向）性能，对抵抗层状撕裂、提升结构完整性具有重要意义。然而，在实际应用过程中，DH36船板钢在Z向拉伸、Z向断面收缩率等方面常出现性能不达标的问题，严重制约了其在高应力区域的使用。深入分析发现，非金属夹杂物的类型、形态、分布及含量是影响其Z向性能的关键因素之一。

非金属夹杂物主要来源于炼钢过程中的脱氧产物、炉渣卷入、耐火材料侵蚀以及合金元素的氧化等。在钢液凝固过程中，这些夹杂物难以完全上浮去除，最终以固态形式残留在钢坯中。根据化学成分和物理特性，非金属夹杂物可分为氧化物、硫化物、硅酸盐和氮化物等几大类。其中，氧化物夹杂（如Al₂O₃、SiO₂）通常呈硬质颗粒状，在热加工过程中不易变形，容易在钢板厚度方向形成链状或带状分布，成为裂纹萌生的起点。而硫化物（如MnS）在高温下具有一定的塑性，在轧制过程中沿轧向延伸成条带状，显著降低钢材的Z向塑性。

带状硫化物夹杂是影响DH36船板钢Z向性能最为突出的问题之一。在连铸坯凝固过程中，由于冷却速率不均和偏析现象，硫化物在柱状晶区富集，并在后续轧制中沿轧制方向被拉长，形成连续或半连续的条带结构。这些条带在钢板厚度方向上构成弱结合界面，当受到Z向应力时，极易在条带与基体交界处产生微裂纹，并迅速扩展，导致层状撕裂。研究表明，当MnS条带厚度超过2μm、长度超过50μm时，Z向断面收缩率可下降30%以上。

此外，高熔点氧化物夹杂（如Al₂O₃簇群）的危害也不容忽视。这类夹杂物在钢中呈簇状分布，尺寸较大（可达数十微米），在轧制过程中几乎不变形，形成应力集中点。在Z向拉伸试验中，这些簇群周围常出现“人字纹”或“星形裂纹”，直接导致试样的早期断裂。尤其当Al₂O₃与CaO-Al₂O₃系复合夹杂共存时，其界面结合强度更低，进一步加剧了Z向性能的劣化。

为改善DH36船板钢的Z向性能，必须从炼钢工艺源头控制非金属夹杂物的生成与分布。首先，应优化脱氧制度，采用复合脱氧剂（如Si-Mn-Al）替代单一铝脱氧，以减少Al₂O₃的生成量，并通过钙处理（Ca-Si线喂入）对夹杂物进行改性，使高熔点Al₂O₃转变为低熔点钙铝酸盐（如12CaO·7Al₂O₃），在钢液中更易上浮去除。其次，控制钢中硫含量至0.005%以下，并配合钙处理使MnS转化为球状CaS或CaS-MnS复合夹杂，避免其条带化。此外，采用电磁搅拌、轻压下等连铸技术，可有效减轻中心偏析，减少夹杂物的带状聚集。

轧制工艺同样对Z向性能有显著影响。采用控轧控冷（TMCP）技术，通过合理设计再结晶区与未再结晶区的轧制参数，细化晶粒组织，提升基体强度与韧性。同时，适当增加道次压下率，有助于打碎夹杂物条带，改善其分布均匀性。研究表明，当累计压下率超过85%时，MnS条带被有效破碎，Z向断面收缩率可提升至25%以上，满足船舶规范（如CCS、DNV等）对Z向性能的要求。

近年来，随着洁净钢冶炼技术的发展，炉外精炼（如LF、RH）、中间包冶金优化、保护浇注等措施的广泛应用，DH36船板钢中夹杂物总量显著降低，形态控制更加精准。部分先进钢厂已实现夹杂物面积率低于0.05%，Z向性能合格率超过95%。此外，借助电子背散射衍射（EBSD）、扫描电镜-能谱联用（SEM-EDS）等现代分析手段，可对夹杂物进行三维重构与应力模拟，为工艺优化提供数据支持。

综上所述，非金属夹杂物的控制是提升DH36船板钢Z向性能的核心路径。未来，随着智能制造与大数据分析技术的融合，夹杂物在线监测与预测模型将逐步建立，实现从“被动控制”向“主动调控”的转变。这不仅有助于提升船舶结构的安全性与可靠性，也将推动我国高端船舶用钢的自主化与国际化进程。