[发明专利]一种高韧性工程机械用钢及其采用TMCP生产的方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械用钢及其生产方法，具体属于采用TMCP工艺生产的可用于-60℃低温下的工程机械用钢及其生产方法。

背景技术

高强度工程机械用钢主要用于制造工程机械结构件，受服役条件和焊接工艺的限制，这类用途的钢板不仅需要材料具有足够的强度、塑性和焊接性能，而且还要求具备优良的低温冲击韧性，以适应极端恶劣环境下野外作业。高强度钢板的性能水平对于提高工程机械的能力和效率、延长使用寿命、减轻设备自重、降低能耗、提高整机的档次有着重要作用，对于工程机械行业尤为重要。随着工程机械向大型化和轻型化方向发展，对工程机械用钢板综合性能提出了更高要，市场需求量也在逐年增加。

传统高强度钢板主要采用调质工艺生产，以获得强韧性优良的马氏体回火组织，不足之处在于能源消耗大、制造成本高、生产周期长，且在淬火工程中易出现裂纹和表面缺陷，降低了成材率。近年来，各国相继开发出一系列不需要调质热处理的机械结构用高强钢，主控组织为铁素体/珠光体或铁素体/贝氏体，但其存在的不足为：要么强度和韧性不能满足工程机械用钢需求，要么由于增加贵重合金导致生产成本高，要么工艺复杂、对设备要求高，不利于组织生产。对于屈服强度为550MPa级高强钢，国家标准GB/T 1591-2008提供了化学成分以及力学和工艺性能要求，但在实际应用中，往往因为使用条件和应用领域的不同，难以满足用户需求，需要在国标基础上调整各元素的含量，有针对性提高特殊性能并控制成本，同时简化生产工艺以提高生产效率。

CN102162065提供了一种屈服强度550MPa低碳贝氏体工程机械用钢及其制备方法，其化学成分：C：0.05~0.10%，Si：0.20~0.50%，Mn：1.50~1.80%，P：≤0.018%，S：≤0.010%， Nb：≤0.10%，Mo：≤0.10%，Ti：0.010~0.040%，B：0.0010~0.0030%，Cr：0.20~0.50%，Al：0.015~0.050%，其余为Fe和微量杂质元素。TMCP工艺控制为：钢坯出炉温度控制在1180~1250℃，粗轧开轧温度：1100~1200℃，终轧温度：≥1020℃，粗轧后待温空冷，精轧开轧温度：880~980℃，中间坯厚度为成品厚度的3~4倍，精轧终轧温度：800~880℃，开冷温度控制在770~830℃，终冷温度为490~570℃，冷却速度为9~15℃/s。其不足之处在于：贵重合金添加量较多且范围控制严格，不利于生产操作；控轧工艺参数控制空泛，没有给出压下率等关键参数，未能达到TMCP工艺技术利用效果，导致综合性能不够理想，尤其是低温冲击韧性只能满足-20℃的要求。

CN102051522提供了贝氏体组织高强韧性结构钢Q550D（E）钢板及其生产方法，其化学成分为：C：0.05~0.15%，Si：0.10~0.40%，Mn：1.40~1.65%，P：≤0.010%，S：≤0.005%， （Nb+Ti+V+Mo+B）：≤0.30%，Als：≤0.050%，其余为Fe和微量杂质元素。采用TMCP工艺加堆垛缓冷工艺生产。具体工艺为：轧制温度1020~1120℃，一阶段终轧温度在950~1000℃，二阶段开轧温度在880~920℃，二阶段采取下压下轧制，以确保原始板形，终轧温度800~860℃，返红温度560~600℃，冷却速度10~15℃/s，入缓冷坑温度≥300℃，堆冷时间≥24小时。其不足之处在于：合金元素添加种类较多；控轧工艺二阶段必须采用小压下量轧制以保证板形，不能充分发挥控制轧制技术提高性能的优势；为提高性能，采用了较大的冷却速度，易产生相变应力和热应力，必须采取缓冷措施，不利于组织生产；性能方面虽然提到可以达到-60℃水平，但是从实例可以看出，-40℃冲击功最低只有75J。

CN1786247提供了一种高强韧性贝氏体厚钢板及其生产方法，其成分重量百分比为：C：0.04~0.08%，Si：0.10~0.50%，Mn：1.40~1.85%，Nb：0.015~0.060%，Ti：0.005~0.030%，Ni：0.05~0.60%，Cu：0.10~0.60%，Al：0.015~0.050%，其余为Fe和微量杂质元素。采用TMCP+RPC工艺。不足之处在于，为了提高韧性大量添加了贵重合金Ni元素；TMCP+RPC工艺延长了生产周期，不利于组织生产。

发明内容