[發明專利]一種性能優良的超高強度工程機械用鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 201110445792.X
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102505096A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 劉自成
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C22C38/32
• 分類號: C22C38/32;C21D8/02;C21D1/18
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發明涉及工程機械用厚鋼板，特別涉及性能優良的超高強度工程機械用鋼及其制造方法，其抗拉強度≥1100MPa、屈服強度≥1300MPa、-40℃夏比橫向沖擊功(單個值)≥34J、斷裂延伸率δ₅≥10％，且具有優良的焊接性能。

背景技術

眾所周知，低碳(高強度)低合金鋼是最重要工程結構材料之一，廣泛應用于石油天然氣管線、海洋平臺、造船、橋梁結構、鍋爐容器、建筑結構、汽車工業、鐵路運輸及工程機械制造之中；低碳(高強度)低合金鋼性能取決于其化學成分與制造工藝，其中強度、韌性、塑性及焊接性是低碳(高強度)低合金鋼最重要的性能，它最終決定于成品鋼材的顯微組織狀態。

隨著冶金科技不斷地向前發展，人們對超高強鋼的韌性、塑性提出更高的要求，即鋼板在低溫狀態下(-40℃及其以下溫度)，具有抗脆性斷裂及塑性失穩斷裂能力；并且在較低的制造成本條件下，大幅度地提高鋼板的綜合機械性能和使用性能，以減少鋼材的用量節約成本，減輕鋼構件的自身重量、穩定性和安全性，更為重要的是為進一步提高鋼構件冷熱加工性及服役過程中的安全可靠性；目前世界鋼鐵強國掀起了發展新一代高性能鋼鐵材料的研究高潮，力圖通過合金組合設優化計和革新制造工藝技術獲得更好的顯微組織匹配，超細化組織與亞結構，使超高強鋼獲得更優良的塑韌性與焊接性。

目前在工程機械超大型化與使用環境過酷化的大背景下，工程機械用鋼向超高強度化、高韌性化及優良焊接性方向發展；但是伴隨著鋼鐵材料的超高強度化，鋼板的韌性、焊接性及抗延遲裂紋特性一般均大幅度下降；因此開發具有優良低溫韌性、焊接性及抗延遲裂紋特性的超高強度鋼板刻不容緩。

現有抗拉強度≥1100MPa的超高強度鋼板主要通過離線調質工藝(即RQ+T)生產；但是對于鋼板厚度≤40mm，也可以采用在線調質工藝來生產(即DQ/TMCP+T)；為了獲得超高強度，鋼板必需具有足夠高的淬透性，即鋼板淬透性指數DI≥5.0×成品鋼板厚度(DI＝0.311(％C)^1/2[(1+0.64(％Si)]×[(1+4.10(％Mn)]×[(1+0.27(％Cu)]×[(1+0.52(％Ni)]×[(1+2.33(％Cr)]×[(1+3.14(％Mo)]×25.4(mm))，以確保鋼板具有足夠高的強度、優良的低溫韌性，因而不可避免地向鋼中加入大量Cr、Mo、Ni、Cu、V等合金元素，甚至Ni含量添加到2.00％以上，導致鋼板的碳當量、冷裂紋敏感指數較高，嚴重影響鋼板的焊接性；此外，高合金含量的鋼板表(亞)面層易產生過淬火，形成粗大的馬氏體組織，使鋼板表(近)面層的低溫韌性與延伸率嚴重劣化。參見《電力土木》(日文)，1994，Vol.249，P1；《住友金屬》(日文)，1995，Vol.47，P1；《西山記念技術講座》191-192，2008，P162。

另外，較高的環境脆性敏感性、低溫韌性對鋼板的抗疲勞性能、抗應力集中敏感性、抗延遲裂紋、抗裂性及結構穩定性影響較大，在大型工程機械結構上使用時，存在安全較大的隱患；因此大型疲勞重載鋼結構采用超高強鋼時，一般希望1000MPa級以上的高強鋼不僅具有優良的強韌性、強塑性匹配及焊接性，而且優良的抗延遲裂紋性能，以保證大型工程機械在運行過程中的安全可靠性。現有大量專利與技術文獻只是說明如何實現母材鋼板的強度和低溫韌性，就改善鋼板焊接能性，獲得優良焊接熱影響區HAZ低溫韌性說明較少，也沒有涉及如何在提高鋼板抗拉強度的同時，提高鋼板的抗延遲裂紋性能，更沒有指出如何防止超高強度鋼板表(亞)面層過淬，參見日本專利特平開2007-9324、平2-250917、平4-143246、美國專利US?Patent5798004、歐洲專利EP?0288054A2、《西山紀念技術講座》第159-160，P79～P80等等。

發明內容

本發明的目的是提供一種性能優良的超高強度工程機械用鋼及其制造方法，采用在線DQ+T相結合，在較少合金添加量的基礎上，獲得超高強度的同時，鋼板低溫韌性、焊接性也同樣優異，并成功地解決了超高強鋼板強度、低溫韌性、抗延遲裂紋特性及焊接性之間的相互矛盾與鋼板表(亞)面層過淬的問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：