[发明专利]一种钒、钛复合添加的具有高疲劳强度的钢板及制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种室温组织为退火马氏体基体、残余奥氏体和贝氏体复相组织的钒、钛复合添加的具有高疲劳强度的钢板及其制造方法。

背景技术

工程机械行业是机械制造业的重要组成部分，也是机械工业中最年轻、发展最迅速的行业。工程机械用钢板主要供给机械、煤炭、运输、矿山及各类工程施工等部门所需设备中。随着我国工程机械行业向“三高一大”方向发展，作为整机基础的钢结构件要求重量更轻，寿命更高以及强度更高。近年来，随着工业的飞速发展，高强度钢被广泛应用，从而使结构的疲劳问题更加突出。这是因为高强度钢在工程结构上的普及和使用，虽然其屈服应力和极限应力较高，从强度角度增加了工程结构的承载能力，但由于疲劳强度与屈服强度和极限强度几乎无关，因而并没有使其疲劳强度有明显提高。高强度钢一旦进入屈服状态后，其塑性储备就大大减小，抵抗疲劳破坏的能力就大大降低。而焊接工艺在工程结构建造中的普遍应用，造成在工程结构中不可避免地存在各种各样的焊接缺陷，使得工程结构的疲劳强度受到严重影响。因此，疲劳破坏作为工程结构失效的主要形式之一，正越来越受到研究者们和各工程行业的重视，确保工程机械用高强钢的疲劳性能是提高工程机械使用寿命的首要前提。

复相钢中一般通过添加Nb、V和Ti，利用细晶强化和析出强化提高钢的性能。V和Ti是强碳化物形成元素，能够细化晶粒且具有良好的析出强化作用，与其它元素协同既能提高钢的强度也能改善钢的韧性。V可以提高钢的淬透性，溶入铁素体中具有强化作用，可以形成稳定的碳化物，细化晶粒，N可以强化V的作用。Ti是强碳化物形成元素，它和N，O，C都有极强的亲和力。Ti和C形成的碳化物结合力极强、极稳定、不易分解，只有当加热温度达到1000℃以上时才开始缓慢溶入固溶体中，在未溶入前，TiC微粒有阻止晶粒长大的作用。Ti也能溶入γ和α相中，形成固溶体，使钢产生强化。V和Ti在提高强度的同时还可以抑制疲劳裂纹的扩展。

中国专利申请CN101139685A介绍了一种高强度耐疲劳热轧钢材及其制造方法，属于特种钢及其冶炼技术领域。该专利连铸坯经高压水除磷、加热、热轧、层流冷却，卷取制得成品。该专利通过添加Nb、Ti微合金元素，制备出的钢板的疲劳极限在应力比R＝0.76时达到510MPa。该发明中钢的疲劳强度适合制造低牌号的汽车结构件。

中国专利申请CN1957100A介绍了一种耐疲劳裂纹扩展性优异的钢板及其制造方法，属于低合金化钢制造领域。该专利采用添加Cu、Ni、Cr、Mo、W、Ti、B和稀土类元素中的一种或两种以上，经热轧、冷轧后实施回火处理。该专利提高了针对在各种焊接结构件的焊接部位内在的裂纹因受到反复应力而扩展的阻抗性。金相组织为铁素体、珠光体、贝氏体和少量马氏体。该专利采用相变强化的成分设计思路，但最高抗拉强度在700MPa以下，而且多种合金元素的添加使加工成本上升。

中国专利申请CN103938092A介绍了一种高疲劳强度热成型重型卡车桥壳钢板及其制造方法，满足30～70吨的重型卡车使用。该专利设计低碳、高锰含量，加入铌钒钛和0.18％的铬元素，利用炉外精炼和脱气精炼，改进钢水纯净度，提高钢材内在品质，获得珠光体、铁素体金相组织。钢板厚度为10～16mm，屈服强度510～560MPa，抗拉强度620～720MPa，延伸率17～22％。该发明采用了添加多元微合金元素Nb-V-Ti-Cr，总量较高，成本上升。

综上所述，目前企业生产的具有高疲劳性能的钢板的强度一般较低，随着社会经济的发展，钢铁工业所面临的低碳经济发展，以节省资源、节约能能和保护环境为主要目标，同时轻量化技术也要求不断改进材料的性能，这也是目前钢铁材料发展的趋势。本发明采用了一种独特的热处理方法，大大缩短了热处理的时间，可以起到节能、高效的作用。由于NbC的氢陷阱作用较VC弱，因此钢中添加V改善耐氢致延迟断裂性能的效果优于Nb。此外，我国蕴含丰富的V资源储量，占全球总量的34％，居世界第一。按照钒和钛的科学配比复合加入钢中之后，使得钢板具有高的疲劳强度和抗氢致延迟断裂性能，将其应用在工程机械构件上，前景可观。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有高的疲劳强度，且性能稳定的钒、钛复合添加的钢板及其制造方法。

一种钒、钛复合添加的具有高疲劳强度的钢板，其特征在于：所述钢板具有退火马氏体基体、残余奥氏体和贝氏体形成的三相显微组织，所述残余奥氏体以薄膜状分布于退火马氏体板条之间；

所述退火马氏体基体＞80％，残余奥氏体为9～15％和少量的贝氏体组织。