[发明专利]一种低合金高强高韧钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种低合金高强高韧钢板及其制造方法。

背景技术

工程、采矿、冶金等机械设备通常需要高强度、高硬度、高韧性等特点的钢板，如推土机、挖掘机、刮板运输机部件等。同时，大型破碎机及大型挖掘机等特殊设备需要大厚度钢板，厚度可达100mm以上。针对工业化生产而言，一般采用连铸方式生产连铸坯，进而通过轧制方式得到一定厚度的钢板，一般连铸坯厚度为200～300mm，生产的大厚度、高强硬度钢板往往存在心部质量难以保证，很难完全满足工况的需求；采用铸造方式生产铸件，则存在合金含量高、内部质量差、使用过程中易开裂等缺点，大幅降低产品的使用寿命；采用模铸方式生产，虽然可以生产大厚度钢板，但其存在生产工序长、成材率低、生产成本高等缺点，不利于产品市场推广。

中国专利CN1140205A公开了一种中高碳中合金耐磨钢，采用铸造工艺生产，其碳及合金元素(Cr、Mo等)含量较高，这必然导致焊接性能与机械加工性能较差，使用寿命较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种低合金高强高韧钢板及其制造方法，该高强高韧钢板的力学性能为：布氏硬度390～460HB，屈服强度900～1100MPa，抗拉强度1100～1400MPa，延伸率11～15％，-40℃夏比V型纵向冲击功≥40J，板厚可达100mm以上。该钢的微观组织为马氏体+残余奥氏体或马氏体+贝氏体+残余奥氏体，实现了高强度、高硬度和高韧性的匹配，并具有良好的机械加工性能，有益于工程上的广泛应用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明的低合金高强高韧钢板，其化学成分质量百分为：C：0.08～0.25％；Si：0.10～1.00％；Mn：0.50～2.00％；P：<0.020％；S：<0.010％；Cr：0.10～2.00％；Mo：0～1.00％；Ni：0～2.00％；Nb：0.010～0.080％；V：≤0.10％；Ti：≤0.060％；B：0.0005～0.0040％；Al：0.010～0.080％；Ca：0.010～0.080％；N：≤0.0080％；O：≤0.0080％；H：≤0.0004％；其余为Fe和不可避免的杂质；且上述元素同时需满足如下关系：0.20％≤(Cr/5+Mn/6+50B)≤0.55％，0.02％≤(Mo/3+Ni/5+2Nb)≤0.45％，0.01％≤(Al+Ti)≤0.13％。

进一步，本发明的低合金高强高韧钢板的布氏硬度为390～460HB，屈服强度为900～1100MPa，抗拉强度为1100～1400MPa，延伸率为11～15％，-40℃夏比V型纵向冲击功≥40J，板厚可达100mm以上。

又，本发明的低合金高强高韧钢板的微观组织为马氏体+残余奥氏体或马氏体+贝氏体+残余奥氏体。

在本发明钢的成分设计中，主要化学元素作用如下：

碳：碳是钢中最基本、最重要的元素，通过固溶强化和析出强化提高钢的强度、硬度和耐磨性能。碳含量过高，对钢的韧性和焊接性能不利；碳含量过低，降低钢的力学性能和耐磨性能。因此，碳含量控制在0.08～0.25％。

硅：硅是钢中有益脱氧剂，能与钢中钙、铝一起形成易于上浮的钙铝硅酸盐夹杂物，提高钢质纯净度。硅固溶在铁素体和奥氏体中提高它们的硬度和强度，然而，硅含量过高会导致钢的韧性急剧下降。因此，硅含量控制在0.10～1.00％。

锰：锰提高钢的淬透性，但锰含量较高时，有使晶粒粗化的倾向，容易导致铸坯中出现偏析和裂纹。因此，锰含量控制在0.50～2.00％。

铬：铬可以提高钢的淬透性，并提高钢的强度和硬度。铬在回火时能阻止或减缓碳化物的析出与聚集，可以提高钢的回火稳定性。因此，铬含量控制在0.10～2.00％。

钼：钼可以细化晶粒，提高强度和韧性。钼是减小回火脆性的元素，可以提高回火稳定。但，钼含量过高会大幅增加成本。因此，钼含量控制在0～1.00％。

镍：镍具有明显降低冷脆转变温度的作用，但含量过高易导致钢板表面氧化皮难以脱落，且成本显著增加。因此，镍含量控制在0～2.00％。

铌：铌通过晶粒细化提高钢的强度和韧性。因此，铌含量控制在0.010～0.080％。

钒：钒的加入主要是为了细化晶粒，使钢坯在加热阶段奥氏体晶粒不至于生长的过于粗大，以致在随后的多道次轧制过程中，可以使钢的晶粒得到进一步细化，提高钢的强度和韧性。因此，钒含量≤0.10％。