[发明专利]一种屈服强度960MPa级调质钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调质钢及其制造方法，尤其涉及一种应用于工程机械（如履带式起重机、工程起重机和/或混凝土泵车等）用的其屈服强度为960MPa级调质钢及其制造方法。

背景技术

高强度钢板应用于工程机械如履带式起重机、工程起重机和混凝土泵车等结构件。工程机械的大型化对高强度钢板提出了增强减重的需求。屈服强度960MPa级高强度钢板已广泛应用于大型工程机械的结构件。欧标10025-6：2004和国标GB/T16270-2009中规定了屈服强度≥960MPa级高强钢的力学性能和碳当量标准。其中，欧标中规定的S960Q和S960QL其屈服强度≥960MPa、抗拉强度980～1150MPa及延伸率≥10%，其中S960Q满足-20℃纵向冲击功＞30J，S960QL满足-40℃纵向冲击功＞30J。此外，S960Q和S960QL的碳当量满足CEV=0.82%（其计算公式为CEV=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+(Ni+Cu/15）。国标GB/T16270-2009规定Q960E的屈服强度≥960MPa，抗拉强度980～1150MPa，延伸率≥10%，-40℃纵向冲击功≥27J，碳当量满足CEV=0.82%。

高强韧钢板的制造技术主要是控轧控冷+回火（TMCP+T）和调质（Q+T）。TMCP（Thermo-Mechanical Control Process）通过控制钢板的两阶段轧制温度、压下量和冷却工艺，形成特定的微观组织，以获得良好的机械性能。TMCP工艺的第一阶段轧制变形时，奥氏体发生动态再结晶、静态再结晶和动态回复等过程，细化了奥氏体晶粒；第二阶段变形时在奥氏体中累积了大量的位错，轧制后采用优化的冷却工艺，形成了细小的贝氏体或贝氏体+马氏体组织。TMCP后的钢板经过再加热回火，回火过程中碳氮化物析出，异号位错湮灭，改善钢板的内应力分布，形成具有很好强韧性匹配的微观组织。调质工艺是钢板在加热奥氏体均匀化后进入轧制工艺，轧制到指定厚度后空冷。空冷到室温后的钢板进入加热炉，在指定温度奥氏体化后淬火水冷到室温，淬火后的钢板再进入回火炉重新加热到指定温度，保温一定时间后出炉空冷。调质工艺生产高强度钢板是通过奥氏体化后的淬火过程细化，最终为马氏体组织，再经过回火工艺使碳从过饱和铁素体中排出，同时形成细小的碳化物，改善钢板的内应力和低温冲击韧性。

TMCP+T和Q+T工艺生产高强度钢板均有其各自优势，其中TMCP+T工艺流程短，可充分应用合金元素对相变的影响；Q+T工艺简单可控，钢板的纵横向性能差异较小。为缩短工艺流程，近期开发了直接淬火(DQ：direct quenching)和在线热处理(HOP:heat treatment online process) 工艺。直接淬火工艺是控制轧制结束后直接进入层流冷却装置冷却至室温，在线热处理工艺是把直接淬火后的钢板进入感应加热炉，以2～20℃/S的加热速度升温至指定回火温度，保温一段时间后出炉空冷。

相对传统的冷却工艺，直接淬火工艺停冷温度较低，冷却速度较快，能够形成细化的微观组织，传统回火工艺升温速率较慢，保温时间较长，形成的碳化物颗粒粗大；在线热处理工艺以较快的速度升温，形成细化的碳化物析出，提高钢板的低温冲击韧性。钢板在直接淬火过程中形成的残余奥氏体组织在HOP过程中会部分分解，最终形成弥散均匀分布的残余奥氏体。采用DQ+HOP工艺生产的高强度钢板具有良好的强韧性。

工程机械用高强度钢板还须具有良好的焊接性能。碳当量是衡量钢板焊接性能的重要指标。碳当量越低，钢板的焊接性能越好。欧标10025-6和国标GB/T16270中规定屈服强度960MPa级钢板的碳当量（CEV）均不大于0.82%。

公开号为W02000040764（公开日为2000年7月13日）的“ULTRA-HIGH STRENGTH AUSAGED STEELS WITH EXCELLENT CRYOGENIC TEMPERATURE TOUGHNESS”的专利公开了一种超高强度钢板，抗拉强度为830MPa，且含有较多的贵重合金元素Ni。

公开号为W01999005335（公开日为1999年2月4日）的“ULTRA-HIGH STRENGTH，WELDABLE STEELS WITH EXCELLENT ULTRA-LOW TEMPERATURE TOUGHNESS”的专利公开了一种超高强度钢板，它采用两阶段轧制和控制冷却的方法，并含有Ni、Cu等贵重元素，钢板抗拉强度≥930MPa。