[发明专利]一种高疲劳极限强度钢及其均质化制造方法

说明书

本发明涉及耐疲劳结构钢制备技术领域，具体涉及一种高疲劳极限强度钢及其均质化制造方法。高疲劳极限钢由原料经熔炼、脱氧及合金化、精炼、连铸工艺，以及轧制成材后正火、回火工艺获得的，高疲劳极限钢的化学成分及质量百分比为C：0.03%‑0.08%、Si：0.05%‑0.20%、Mn：0.60%‑1.00%、P0.010%、S0.003%、Nb：0.010%‑0.030%、Ni：3.0%‑3.5%、Alt≤0.006%、Ti：0.008%‑0.015%、Mg：0.001%‑0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明保证获得的钢具有高的疲劳极限强度和低的疲劳韧脆转变温度。

技术领域

本发明涉及耐疲劳结构钢制备技术领域，具体涉及一种高疲劳极限强度钢及其均质化制造方法。

背景技术

海洋结构、风力发电、采矿机械、汽车底盘、火车车厢等长期承受复杂循环载荷的结构部件，疲劳失效是其主要的破坏形式之一，并且往往造成灾难性的后果，造成巨大的经济损失和影响人们的生命及财产安全，因此提高整体部件的寿命显得尤为重要。除常规机械性能要求外，对以上工况用钢材的疲劳性能、工艺性能以及其他功能性等综合性要求越来越高，必须提高钢材的耐疲劳性能以保证其使用的长寿命周期。但如果材料中含有初始缺陷，那么其局部应力就会增加，疲劳裂纹也将在初始缺陷处萌生，且疲劳裂纹的扩展通常也受到材料维氏硬度硬度的影响，维氏硬度越高，其裂纹扩展速率越低。疲劳韧脆转变温度通常作为评价材料的抗疲劳损伤能力的一个指标。

日本住友金属开发出相应屈服强度360-400MPa级耐疲劳钢，其设计出发点是利用TMCP实现低碳、Pcm设计，对钢板组织进行铁素体（软质相）和贝氏体（硬质相）控制，利用硬质层阻挡疲劳裂纹扩展速度，提高了母材抑制疲劳裂纹扩展的能力，主要用于工程机械、船体结构、桥梁建设等。

申请号为201910712227.1、专利名称为“一种屈服345MPa级高疲劳结构钢及其制造方法”的专利，公开了一种组分为C：0.13%~0.16%，Mn：1.30%~1.60%，Nb：0.020%~0.050%，Alt：0.020%~0.030%，Ti≤0.010%，Si≤0.12%，P≤0.010%，S≤0.005%，余量为铁和不可避免杂质的高疲劳结构钢。该技术方案采用低Si、Alt=0.020%~0.030%，减少大颗粒Al₂O₃脆性夹杂的存在，通过低温加热、增大压下量、低温终轧、钢板返红温度控制，提高材料的疲劳性能和表面质量。其主要针对传统高强度、高疲劳性能钢成本高的问题，采用添加普通合金元素Nb，配合大压下轧制工艺，充分发挥Nb的弥散强化和细化晶粒的作用，以此来提高345MPa级钢的疲劳性能。该成分设计及制造方法是目前国内外生产Q345级别低合金钢、保证其常规力学性能的普遍、通用的方案，是否能有效提高该级别钢的疲劳性能指标有待商榷。

为满足海工装备、工程机械、桥梁建筑、特种汽车等减重、节能、安全、环保发展的要求，迫切需要从成分配比设计上提高钢材的耐疲劳、高强韧性能，充分发挥现代材料加工的工艺技术潜力，利用钢的纯洁度、均质化轧制控制等工艺手段对提高材料的力学性能以及耐疲劳功能特性的作用，实现耐疲劳损伤产品的技术突破。

发明内容

针对钢材含有初始缺陷，加工过程中残余应力高的技术问题，本发明提供一种高疲劳极限强度钢及其均质化制造方法，通过对钢中Mn、Ni、Alt、Ti、Mg等元素含量进行精准控制，尤其是限制Al的添加量，充分发挥Ti、Mn的合理配比在钢中的作用，采用能够均衡残余应力分布的高温终轧+可获得平衡态组织的热处理工艺方法，保证获得的钢具有高的疲劳极限强度和低的疲劳韧脆转变温度，可以满足深远海资源开发、极地环境等超低温海洋结构工程的应用需求。