590mpa级工程机械用钢

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1、590MPa级工程机械用钢的研制鞍钢技术中心薛贵军徐荣杰张涛张宇清鞍钢新轧公司马玉璞丛津功摘要：本文介绍了590MPa级工程机械用钢系列钢种的成分设计、工艺优化及其性能特点。利用微合金化、控轧控冷和热处理等生产工艺生产不同规格的钢板，获得了良好的综合性能。关键词：高强度钢板微合金化控轧控冷热处理1前言随着工程机械向高参数化、大型化、轻量化的发展，对工程机械构件材料的强韧性、冷成型性和焊接性要求更为突出，从而促进了工程机械用钢的开发和生产。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，降低能耗和原材料消耗，提高整机的档

2、次有重大作用。国内外工程机械用钢业已或正在形成产品级别、规格系列化，并根据用户的不同需要供应。在这种情况下，如何通过钢的化学成分和工艺条件的配合降低制造成本，是各个厂家研究的课题。采用先进的冶炼与炉外处理的工艺，保证钢质的纯净度，根据用户对钢板使用部件要求及厚度等不同情况，对钢板分别采用控轧控冷、热处理等不同工艺。这些工艺的突出特点是在保证钢板性能的同时，尽量简化与减少钢中的合金元素种类及数量，节约能源，同时达到改善钢板的焊接等工艺性能并提高生产率的目的。钢板的控制轧制一般采用Nb、V、Ti、N等作为钢的微合金化元素，通过钢中微量元素的加入和轧制参

3、数（开轧温度、传搁期、道次压下率、终轧温度等）、钢板轧制的中间冷却、轧后冷却的协调与变化，达到晶粒细化强化和析出强化的目的，以便将不同厚度规格钢板调整到强度与韧性的最佳匹配状态。这对低级别或较薄规格的钢板是行之有效的，并已被大量采用，但对于高级别或厚规格的钢板还是离不开热处理的。就钢板的热处理，如何利用轧后余热，把钢板轧制与热处理结合起来，以更廉价的化学元素取代贵重元素等方面，是其研究的方向。因此在低合金高强度钢的研制与开发中，尽量采取节能、节材、高效工艺是非常重要的。鞍钢是国内较早开发工程机械用钢的钢厂之一，但由于过去设备的限制，使得化学成分设计

4、不尽合理，工艺性能不理想。随着近年来设备的改造，对形成低合金焊接高强度钢板品种、规格系列化并形成大批量生产提供了有利的条件。590Mpa级工程机械用钢的研制开发是鞍钢的重大开发项目之一。该级别钢具有用量大，通用性强的特点，不仅可广泛用于各类工程机械，还可推广应用于桥梁、容器等行业。其力学性能要求如下：σs≥450MPa，σb≥590MPa，δ5≥16%，Akv（-10℃）≥17047J，（-40℃）≥29J。2试验内容及方法2.1化学成分设计既要使冶炼成分简单易控，达到降低成本的目的，又要保证钢板具有一定良好的综合性能。因此参考国内外理论及实践并结

5、合鞍钢的特点，根据不同厚度规格设计了四种成分。为了获得良好的强韧性匹配，对30mm以下采用低碳基础上加入Nb、V、Ti等微合金化和适当的控轧控冷。对大于30mm钢板的研制，采用热处理生产。为了提高钢板的淬透性，对较厚的钢板上加入少量的B。2.2试验工艺的研究控轧控冷工艺的研究⑴不同加热温度对奥氏体晶粒度和变形抗力的影响；⑵高温奥氏体再结晶区与低温奥氏体非再结晶区轧制工艺；⑶轧后冷却速度的研究。热处理工艺的研究⑴热轧组织对调质工艺组织和性能的影响；⑵淬火和回火工艺对组织和性能的关系。2.3试验方法试验用钢在鞍钢技术中心电弧炉冶炼。控轧控冷试验是在30

6、0mm轧机上进行，主要参数有再加热温度、终轧温度、冷却速度和压下率等。轧后通过调节不同的水量进行不同的冷却速度冷却。在鞍钢技术中心马弗炉对不同成分、规格的钢板进行了不同温度的淬火、回火实验。对钢板做了横向拉伸和V型冲击试验，微观组织则用光学显微镜、H-800电镜观察。在H-800电镜上采用了薄膜和萃取复型技术。不同微观组织的定量则在KYKY-IASA图象分析仪上进行的。3结果与分析3.1控轧控冷工艺对力学性能的影响在再结晶区域内当压下率超过临界变形时，将发生形变奥氏体再结晶。适当的控制轧制可以细化奥氏体晶粒，不过是有限的。通过未再结晶区控制轧制可使

7、相变后的组织进一步细化。图1显示了未再结晶区内的压下率对力学性能的影响。从图1可看出，如果未再结晶区的压下率为40%，则σs、σb和Akv均较低；随着压下率的升高，σs、σb和Akv，特别是冲击功有着明显的上升趋势。由此可见，随着压下率的增加，微观组织明显细化，可以改171700100善钢的强度和韧性。650σb90随着轧后冷速的提高，组织相应地发600生变化。在空气中冷却时，难以得到贝氏55080）σs500）70J体组织。这可以从试验钢的CCT曲线中得MPa450（60到。随着在一定范围内冷速的增加，珠光400AKv冲击值（强度35050体和贝

8、氏体组织的体积分数将随冷却速度300的增加而增加。如果在较高温度和较小的40250压下率完成终轧，而冷速较大的情况下，20