[发明专利]低成本的700MPa级高强高韧调质钢板及其制造方法

说明书

技术领域：

本发明涉及钢铁材料及其制造方法，尤其涉及一种低成本的屈服强度700MPa以上的、并具有非常好的-60℃低温冲击韧性、各向同性和疲劳性能的工程机械用调质钢板及其制造方法。

背景技术：

目前，屈服强度700MPa级及以上的高强度调质钢板已越来越多地应用于工程机械、矿山机械、港口码头机械等领域，其制造方法也已形成多项专利。但是，这些钢板现有的制造方法往往都采用了较多的钼等贵重合金元素来提高强度，并通过控轧控冷工艺来得到细晶组织提高其韧性，尤其是对于要适应恶劣严寒工作环境的钢板，还要添加较多的镍元素来增强钢板的低温冲击韧性。这些都造成这类钢板高昂的制造成本。但随着这类钢板的普及和需求量的增加，迫切需要一种革新的制造方法来生产成本更低性能更优的700MPa调质钢板。

埃克森美孚等申请的中国专利CN98807716.7、CN98807689.6中，采用再结晶区和非再结晶区的控制轧制，热轧后直接淬火或加速冷却到Ms点以下，生产出的钢板抗拉强度900MPa以上(屈服强度700MPa以上)，其-40℃冲击功可达120J以上。其钢板的成分设计，在CN98807716.7中采用了0.3％-0.6％的钼；CN98807689.6采用了0.25％-0.6％的钼，0.2-1.0％的镍。另外，为了获得较好的低温韧性，以上专利都采用了0.1％以下的碳含量。生产工艺上，钢板通过控制轧制+直接淬火(或加速冷却)工艺来生产，且其淬火过程需要控制淬火停淬温度，这需要专门的装备。

NKK公司申请的JP10183239A等专利，也都采用控制轧制+直接淬火的调质工艺生产高强度钢板。在成分设计中虽然也没有采用钼、镍等贵合金元素，但其所涉及钢板的强度水平较低，抗拉强度为仅为60公斤级(570MPa以上)，其板厚规格也在50mm以下。

另外，德国专利GB2132225中提出了一种抗拉强度80公斤级(780MPa 以上)的钢板，虽与本发明钢板的强度水平比较接近，但在其成分设计中仍然采用了较多的钼、镍昂贵元素：0.2-5.0％的Ni，0.2-1.0％的Mo。另外，该发明亦采用轧后直接淬火的生产工艺。

除了以上专利所涉及的新制造方法，目前700MPa级的高强度调质钢在很多钢铁制造企业也都能成熟生产。但传统的制造工艺，在成分上基本都采用较多含量的钼、镍元素，尤其在30mm以上的厚钢板中，钼含量大多都在0.20％以上，在50mm以上的钢板中还需要添加较多含量的镍元素以增加低温韧性，如SSAB的Weldox700和Dillinge的Dillimax690等。

综合以上分析，以往专利或现有产品中存在了一些不足：

1、成分设计的合金成本较高。为了达到700MPa以上的屈服强度和良好的低温冲击韧性，以往专利和现有产品的成分设计都添加了较多的钼、镍等昂贵的合金元素(0.2％以上)，如专利CN98807716.7、CN98807689.6、GB2132225等。在专利JP10183239A中，虽然没采用Mo、Ni元素，但其结果是制造的钢板强度级别很低，与本发明相差近200MPa。所以以往的专利和产品中，钼元素对于中厚调质板几乎是必不可少的元素，因为钼对增加淬透性、提高强度有极为重要的作用。同样，镍对于50mm以上的厚钢板，也是增加低温冲击韧性必不可少的元素。但是钼、镍作为贵重元素，价格越来越昂贵，日益成为调质钢板制造的主要合金成本，限制着700MPa级调质钢的广泛应用。

2、生产要求较高。由于很多专利采用了低碳的成分体系，碳含量0.1％以下。为了提高强度，在热处理上不得不采用热轧后在线直接淬火或加速冷却至Ms点以下方法，如CN98807716.7、GB2132225等专利。虽然在线淬火或加速冷却与传统离线淬火相比具有减少工序、节约能源等好处，但却需要专门配置的在线淬火或加速冷却设备才能实现，而且生产过程中需要控制轧制和待温，影响生产效率，且在线淬火容易出现板形和性能不均的问题，对于50mm以上的大厚度钢板也难以生产。而且由于没有经过再次加热，无法得到等轴晶的均匀组织，所以钢板的性能均匀性和抗疲劳性能要比采用离线淬火工艺的差，所以在很多工程机械领域，仍要求采用离线淬火工艺。

表1相近专利与本发明主要化学成分对照(重量百分比，wt.％)