CN101899630A - 900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其成分的质量百分比为：C：0.13～0.18，Mn：1.20～1.60，S：≤0.010，P：≤0.020，Si：≤0.50，Cr：≤0.50，Ni：≤0.50，Mo：0.30～0.60，B：≤0.003，V：≤0.05，Ti：≤0.03，Nb：≤0.03，Al：≥0.018，其余为Fe和其他不可避免的杂质；所述钢板中各成分的质量百分比还需满足使所述钢板中碳当量的值≤0.56％。本发明还提供一种上述900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法。本发明所提供的钢板具有匹配良好的强度和韧性，并且焊接性能能够满足用户对制造工程机械的高强度可焊接结构用钢的施工要求。同时，本发明所提供的钢板的强度、韧性和塑性都超越了国外WELDOX 900标准的同类产品。

Description

900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及工程机械用调质钢板及其生产方法，具体来说，涉及一种900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板及其生产方法。

背景技术

随着我国机械制造工业的飞速发展，对工程机械用钢材的强度要求以及高强度条件下的韧性与可焊性提出了越来越高的要求。工程机械制造业为了提高生产效率、减轻机械自重和能耗的需要，趋向于广泛使用高强度的调质钢板。

现有的高强度可焊性结构用钢的开发难度最主要有两点：

1、化学成份的匹配

高强度可焊性结构用钢既要满足高强度又要满足高韧性的要求，同时在工程机械的生产制造时还要保证较好的焊接性(即可焊性)，因此钢材中需要加入的化学元素种类较多而各自的成份范围却较窄，使得钢材中各化学元素的质量百分比之间的牵制及匹配成为突出的矛盾。

2、调质工艺的制定

高强度可焊性调质结构用钢须经过合适的调质(即淬火+回火热处理)工艺来保证各项性能，而调质工艺需要在冷却水的水压、水量及配比、钢板行进速度、温度与时间等工艺参数进行严格控制，因此根据实际生产过程制定符合钢板性能需要的调质工艺也成为高强度可焊性结构用钢的开发难点。

现有的一般的高强度钢板普遍存在焊接性能较差，或焊接后钢板的韧性急剧下降，以致于工程机械在承受很小负荷(小于额定负荷)的情况下，在焊接处发生断裂事故，给工程建设带来巨大的安全隐患。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板及其生产方法，解决高强度可焊性结构用钢的化学成份的匹配和调质工艺的制定难题，使工程机械用调质钢板在具有高强度的同时具有高韧性和良好的可焊性。

为解决上述问题，本发明提供一种900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其成分的质量百分比为：C：0.13～0.18，Mn：1.20～1.60，S：≤0.010，P：≤0.020，Si：≤0.50，Cr：≤0.50，Ni：≤0.50，Mo：0.30～0.60，B：≤0.003，V：≤0.05，Ti：≤0.03，Nb：≤0.03，Al：≥0.018，其余为Fe和其他不可避免的杂质；所述钢板中各成分的质量百分比还需满足使所述钢板中碳当量的值≤0.56％。

优选地，所述碳当量的值为0.48～0.56％。

优选地，所述C的质量百分比为0.13～0.16％。

优选地，所述Mn的质量百分比为1.25～1.55％。

优选地，所述Cr的质量百分比为0.30～0.50％。

优选地，所述Mo的质量百分比为0.30～0.50％。

优选地，所述Ni的质量百分比为0.20～0.50％。

优选地，所述B的质量百分比为0.0010～0.0030％。

优选地，所述Ti的质量百分比为0.010～0.030％。

优选地，所述Nb的质量百分比为0.010～0.030％。

本发明所提供的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的成分是这样选择的：

如图1所示为钢材中C含量与碳当量(CE)值的关系图，显示出C含量与相应的碳当量的值对钢材可焊性的影响。根据图1对钢材的化学成份进行设计，合理地调整C含量及CE值，避免落入难焊接区内。其中，CE＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+Ni/15，CE值优选地为0.48～0.56％。

调节C、Mn和Cr的含量范围，尽量做到低碳高锰，再配合加入Cr来调整钢材的CE值，保证钢材在调质后的强度及可焊性。

C：C是钢材中的主要强化元素，也是提高淬透性的元素，因此C的含量不宜过低，但是含量过高也会引起钢材塑性和韧性的恶化，并使钢材的焊接性能变坏，所以C含量应控制在0.13～0.18％的范围之内，0.13～0.16％为最佳。

Mn：Mn不仅是钢材中的主要强化元素，而且Mn在连铸过程中能够推迟钢材从奥氏体向铁素体和珠光体的强化转变与从奥氏体向贝氏体的转变。当钢材中Mn的含量在1.00～1.60％时将起到细化晶粒的作用，可降低脆性转变温度，有效改善钢材的冲击韧性。当Mn的含量在＜2％的范围内，随含量的增加，除了强度随之提高外，韧性也得到逐步改善。因此本发明中Mn的含量控制在1.20～1.60％的范围内。如果考虑到强韧性匹配，则Mn的含量应尽量接近上限，优选地为1.25～1.55％。

Cr：随着钢材中Cr含量的增加，钢材的抗拉强度和硬度也随之增加。当Mn的含量＞1.10％时，Cr能有效地减缓奥氏体的分解速度，从而提高钢材的淬透性，但是过高的Cr含量也会增加钢材的回火脆性倾向，因此需要综合平衡Cr含量，将其控制在≤0.50％的范围内，0.30～0.50％为最佳。

B：淬透性是调质钢板的主要指标之一，因此必须在钢材中保证一定含量的B(B≤0.003％)来提高钢板的淬透性，优选地为0.001～0.003％。

Mo：淬火后的钢板经回火后才能得到良好的综合性能，但是钢板在回火时必须避免回火脆性。为了提高钢板的淬透性和热强性，消除或减轻钢板的回火脆性并保证钢板的冲击韧性，本发明中将Mo的含量控制在0.30～0.60％范围内，优选地，Mo的含量控制在0.30～0.50％即可起到效果。

Ti：高强度结构用钢板对焊接性的要求较高，为了阻缓焊缝处的组织晶粒在焊接的高温条件下长大，因此钢材必须包含质量百分比≤0.03的微量的Ti。优选地，加入0.010～0.030％的Ti是非常必要的，可以保证焊接接头的韧性，避免钢板焊接后冲击韧性的急剧下降。

Nb：为了细化钢板的晶粒，保证其在1050℃以下不粗化，从而降低钢板的回火脆性，本发明在钢材中加入了微量的Nb(Nb≤0.03％)，优选地为0.010～0.030％。Nb还能提高钢板的屈服强度和冲击韧性，改善钢板的焊接性。尤其在Mn的含量较高时，效果更为显著。

V：V在钢材中的主要作用与Nb类似，也是为了细化钢板的晶粒，降低钢板的回火脆性与提高钢板的屈服强度和冲击韧性。

Ni：Ni在钢材中的主要作用是降低钢材中铁素体向奥氏体转变的温度，从而提高钢材的淬透性和低温韧性。为了保证钢材的韧性在-40℃时达到WELDOX 900标准中的E级水平，在钢材中加入≤0.50％的Ni是可行的，优选地控制在0.20～0.50％。

Al：Al在钢材中的主要作用是脱氧，减少钢材中因氧气的存在而形成的气泡。另外，Al还能细化钢板的晶粒，从而降低钢板的回火脆性。

S和P：S和P在钢材中属于杂质元素，一般来说含量越低越好。

本发明还提供一种上述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，该方法包括：提供依次经过冶炼、精炼、连铸和轧制所得到的热处理前的钢板；计算所述钢板的各相变点Ac1、Ac3和Ms的温度；根据Ac1、Ac3和Ms的温度数值或还结合回火试验的工艺-性能曲线，分别确定所述钢板在淬火时和回火时的加热制度；根据所确定的加热制度，将所述钢板依次进行淬火和回火工艺。

优选地，所述生产方法还包括在对所述钢板进行淬火和回火工艺之前确定淬火时冷却水的水量及上下水量的配比和钢板的行进速度。

本发明中淬火工艺时的冷却水的水量由下述公式估算：

冷却水量＝(0.75～0.95)×(板厚×板宽×(炉长+板长)×(钢板出炉温度-钢板冷却后温度))/(有效加热时间×(淬火后水温-原始水温))(单位：m³/min)

上下水量的配比按照30～40％∶60～70％的比例进行调节，上下水量的合理的配比可以有效地控制钢板的板型，使钢板的瓢曲度达到要求。

关于钢板的行进速度的估算：在有效加热(或保温)时间内，钢板加热时保证钢板行进至炉长的50％时，钢板温度达到所要求的温度，则在此行进速度下，钢板出炉时即可保证钢板的内外温度基本保持一致。

优选地，如果淬火工艺中的加热炉为两段式的炉型设计，则所述淬火时的加热制度包括：第I加热段温度为900～940℃，第II加热段温度也为900～940℃，有效加热时间＝(1.5×h+6)min，h为钢板的厚度，单位为毫米。

优选地，如果淬火工艺中的加热炉为三段式的炉型设计，则所述淬火时的加热制度还包括第0加热段，所述第0加热段温度为770～810℃。

优选地，如果回火工艺中的加热炉为两段式的炉型设计，则所述回火时的加热制度包括：第I加热段温度为500～600℃，第II加热段温度也为500～600℃，有效保温时间＝(3～4)×h min，h为钢板的厚度，单位为毫米。

优选地，如果回火工艺中的加热炉为三段式的炉型设计，所述回火时的加热制度还包括第0加热段，所述第0加热段温度为500～600℃。

优选地，在冶炼的过程中，通过在钢水中加入MnN或CrN，或者在精炼时用氮气(N₂)代替氩气(Ar)进行底吹，将钢水中N元素的含量控制在40ppm～120ppm。N元素的作用在于其会跟Nb、Ti和V等元素相结合，起到细化钢板的晶粒，提高钢板的强度和韧性。但是，太多含量的N元素又会使钢板中产生气泡或者微裂纹，影响钢板的性能。

优选地，在所述冶炼的过程中，通过在钢水中加入Si-Ca丝，降低钢水中S元素的含量。

优选地，在所述连铸的过程中，将钢水温度控制在1526～1537℃之间，对二次冷却水的比水量配比在0.4L/Kg钢左右，以及根据钢水温度调整钢坯的合适的浇铸拉速。

优选地，在所述连铸的过程中，所述钢水温度和所述浇铸拉速的关系为：当1526℃≤钢水温度≤1530℃时，所述浇铸拉速为1m/min；当1530℃＜钢水温度≤1540℃时，所述浇铸拉速为0.9m/min。

优选地，在所述轧制的过程中，连铸坯的加热制度为：第I加热段温度小于1000℃，第II加热段温度为1260～1280℃，均热段温度为1230～1250℃，每厘米连铸坯厚的加热时间为15分钟。

优选地，在所述轧制的过程中，初轧时的开轧温度为1050～1070℃，头三道次的轧制累计压下率≥40％，所述压下率＝压下量/轧后厚度。

优选地，在所述轧制的过程中，精轧时的开轧温度为900～930℃，终轧温度≤830℃，最后三道次轧制的每道次压下率为15～20％，精轧时的累计压下率≥40％。

为充分发挥Nb、Ti和V等微合金元素的作用，在钢水冶炼时，将钢水中N的含量控制在40ppm～120ppm。当钢水中N＜40ppm时，可以通过在钢水中加入MnN或CrN或者在精炼时用氮气(N₂)代替氩气(Ar)进行底吹等方法提高钢水中N的含量。

在钢水冶炼时，通过向钢水中加入Si-Ca丝，使其与钢水中的S元素形成浮于钢水上的固体渣，来进一步降低钢水中S的含量(使S≤0.005％)，改善硫化物的形态，净化钢水。

在连铸钢坯时，优选地将钢水温度控制在1526～1537℃之间(过热度15～25℃)，二次冷却水的比水量配比控制在0.4L/Kg钢左右，以及根据钢水温度调整钢坯的合适地浇铸拉速，保证在钢坯内部等轴晶的比例达到25％以上。

所述钢水温度和所述浇铸拉速的关系为：当1526℃≤钢水温度≤1530℃时，所述浇铸拉速为1m/min；当1530℃＜钢水温度≤1540℃时，所述浇铸拉速为0.9m/min。

在轧制的过程中，连铸坯的加热制度为：第I加热段温度小于1000℃，第II加热段温度为1260～1280℃，均热段温度为1230～1250℃，加热时间为15分钟每厘米连铸坯厚。

初轧时，开轧温度为1050～1070℃，头三道次的轧制累计压下率＞40％。精轧时的开轧温度为900～930℃，终轧温度≤830℃，最后三道次轧制的每道次压下率为15～20％，精轧时的累计压下率≥40％。

在调质过程中，回火工艺还可以根据正交试验法优化试验过程，然后根据试验结果，绘制成工艺-性能曲线。再根据工艺-性能曲线确定最适合的回火时的加热制度，确保钢板的最终性能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：在钢材研制开发过程中，通过设计合适的化学成分体系，使碳当量的值≤0.56％，并结合上述化学成分体系，设计了合适的钢板调质工艺，使得本发明所提供的钢板具有匹配良好的强度和韧性，其强度高，韧性富裕量大，钢板的平直度也比较满意，并且焊接性能能够满足用户对制造工程机械的高强度可焊接结构用钢的施工要求。同时，本发明所提供的钢板的强度、韧性和塑性都超越了国外WELDOX 900标准的同类产品。另外，本发明所提供的钢板为满足环保要求的低能耗清洁产品，是一种符合可持续发展趋势的新钢种。

附图说明

图1为钢板中C含量与碳当量的值对钢板可焊性影响的图；

图2为本发明的一个实施例的生产900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的方法流程示意图。

图3为本发明8mm板厚的一个实施例的根据正交试验法的结果所绘制的用来确定回火时的加热制度的工艺-性能曲线；

图4为本发明12mm板厚的一个实施例的根据正交试验法的结果所绘制的用来确定回火时的加热制度的工艺-性能曲线；

图5为本发明16mm板厚的一个实施例的根据正交试验法的结果所绘制的用来确定回火时的加热制度的工艺-性能曲线；

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图2为本发明的一个实施例的生产900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的方法流程示意图。如图2所示，包括：执行步骤S201，提供热处理前的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板；执行步骤S202，计算所述钢板的各相变点Ac1、Ac3和Ms的温度；执行步骤S203，根据Ac1、Ac3和Ms的温度数值或结合回火试验的工艺-性能曲线，分别确定所述钢板在淬火时和回火时的加热制度；执行步骤S204，根据所确定的加热制度，将所述钢板依次进行淬火和回火工艺。

其中，所述钢板的各相变点Ac1、Ac3和Ms的温度计算公式如下，所述Ac1为钢板加热时，开始转变成奥氏体的温度；Ac3为钢板加热时，所有铁素体完全转变成奥氏体的温度；Ms为钢板加热时，奥氏体开始转变成马氏体的临界温度：

Ac1＝723-10.7×Mn％-16.9×Ni％+29×Si％+16.9×Cr％+290×As％+6.38×W％(℃)；

$\mathrm{Ac}3=910-203\sqrt{C}-15.21\×\mathrm{Ni}\%+44.7\×\mathrm{Si}\%+104\×V\%+31.5\×\mathrm{Mo}\%$

Ms＝539-42.3×C％-30.4×Mn％-11×Si％-11×W％-12.1×Cr％-17.7×Ni％-7.5×Mo％(℃)。

实施例一：16×2500×10000mm(板厚mm×板宽mm×板长mm)钢板的生产过程。

(1)化学成分设计

C	Mn	S	P	Si	Cr	Ni	Mo	V	Ti	Nb	B	Al	CE
														0.15	1.38	0.001	0.012	0.27	0.23	0.30	0.49	0.03	0.012	0.025	0.002	0.035	0.55

注：其余为Fe和其他不可避免的杂质

(2)钢水冶炼、连铸钢坯

①钢水中N的含量为69ppm，钢水温度为1530℃；

②二次冷却水的比水量配比为0.4L/Kg钢，浇铸拉速为1m/min；

③所形成的钢坯的断面尺寸为200×1000mm。

(3)轧制

①连铸坯的加热制度

第I加热段温度	第II加热段温度	均热段温度	加热时间
				930℃	1265℃	1235℃	≥300min

②初轧

开轧温度为1060℃，头三道次的轧制累计压下率≥40％，轧至60mm厚。

③精轧

开轧温度为910℃，最后三道次的每道次压下率为15～20％，总压下率≥40％，轧至16mm厚，终轧温度为800℃。

④切割

将钢板切割成2500mm宽，10500mm长(其中的500mm长的钢板作测试机械性能用)。

(4)淬火工艺

①根据公式计算钢板的各相变点的温度得到：

Ac1＝715℃，Ac3＝857℃，Ms＝476℃

②计算冷却水的水量及上下水量的配比

钢板尺寸16×2500×10500mm，炉长57600mm，钢板出炉温度约905℃，钢板冷却后温度约45℃，冷却水原始温度约20℃，淬火后水温约45℃，则根据前述公式及上下水量的配比原则，计算得到上下水量的配比约为0.74～1.17m³/min：1.48～2.05m³/min。

③淬火加热制度

在本实施例中，所述淬火工艺中的加热炉为三段式的炉型设计。其中一般来说，第0加热段的温度首先要根据Ac 1的温度值加上30～50℃；然后，考虑到为了保证钢板表面温度与钢板中心温度的一致，在Ac 1的温度值上再加上15～25℃；另外，考虑到加热制度中的温度为加热炉的炉内温度，与钢板表面温度的差值约为10～20℃，所以，在本实施例中所述第0加热段的温度范围优选为770～810℃。一般来说，第I、II加热段的温度首先根据Ac3的温度值加上30～50℃；然后，考虑到为了保证钢板表面温度与钢板中心温度的一致，在Ac3的温度值上再加上5～15℃；另外，考虑到加热制度中的温度为加热炉的炉内温度，与钢板表面温度的差值约为10～20℃，所以，在本实施例中所述第I、II加热段的温度范围优选为900～940℃；如果加热炉为两段式的炉型设计，则去掉第0加热段即可；有效加热时间＝(1.5×h+6)min，其中h为钢板的厚度，单位为毫米。

因此，在本实施例中优选的淬火工艺的加热制度为：

第0加热段温度	第I加热段温度	第II加热段温度	有效加热时间
				790℃	925℃	925℃	30min

(5)回火工艺

在本实施例中，所述回火工艺中的加热炉为三段式的炉型设计。其中第0、I、II加热段的温度范围为200℃以上、Ac1以下。在本实施例中，所述回火时的加热制度为：第0加热段温度为500～600℃，第I加热段温度也为500～600℃，第II加热段温度为500～600℃；如果加热炉为两段式的炉型设计，则去掉第0加热段即可；有效保温时间＝(3～4)×h min，其中h为钢板的厚度，单位为毫米。

因此，在本实施例中优选的回火工艺的加热制度为：

第0加热段温度	第I加热段温度	第II加热段温度	有效保温时间
				570℃	570℃	570℃	60min

(6)机械性能测试

本实施例中所生产的钢板的机械性能与WELDOX 900标准对比如下：

	σs(MPa)	σb(MPa)	δ5(％)	Akv-40℃(J)
					16mm	970～1050	1000～1050	14～17	E级41～46
WELDOX标准	≥900	940～1100	≥12	E级≥27

由此可见，本实施例中所生产的钢板的机械性能完全满足甚至高于WELDOX 900标准，显示出了优越的机械性能。

(7)焊接性能测试

a.焊丝熔敷材料

在本实施例中，焊丝熔敷材料采用了屈服强度(σ_s)为750MPa的瑞典ESAB公司的OK·AUTROD13·29焊丝。

所述焊丝的化学成分如下：

C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Mo	V
									0.06	1.60	0.60	-	-	0.30	1.40	0.25	0.07

所述焊丝的机械性能如下：

b.焊接设备和保护气体

在本实施例中，焊接设备采用了日本松下公司的KR II-500气保焊机，保护气体的组成比例为80％Ar+20％CO₂。

c.焊接试板的坡口形式

在本实施例中，焊接试板的坡口形式为V形。

d.焊接接头的性能

在本实施例中，钢板接头的机械性能如下：

钢板接头的硬度值(HV49N)如下：

实施例二：30×2500×10000mm(板厚mm×板宽mm×板长mm)钢板的生产过程。

(1)化学成分设计

C	Mn	S	P	Si	Cr	Ni	Mo	V	Ti	Nb	B	Al	CE
														0.15	1.40	0.005	0.013	0.26	0.21	0.31	0.49	0.02	0.010	0.012	0.002	0.038	0.548

注：其余为Fe和其他不可避免的杂质

(2)钢水冶炼、连铸钢坯

①钢水中N的含量为72ppm，钢水温度为1532℃；

②二次冷却水的比水量配比为0.4L/Kg钢，浇铸拉速为0.9m/min；

③所形成的钢坯的断面尺寸为250×1500mm。

(3)轧制

①连铸坯的加热制度

第I加热段温度	第II加热段温度	均热段温度	加热时间
				930℃	1265℃	1240℃	≥375min

②初轧

开轧温度为1060℃，头三道次的轧制累计压下率≥40％，轧至90mm厚。

③精轧

开轧温度为930℃，最后三道次的每道次压下率为15～20％，总压下率≥40％，轧至30mm厚，终轧温度为810℃。

④切割

将钢板切割成2500mm宽，10500mm长(其中的500mm长的钢板作测试机械性能用)。

(4)淬火工艺

①根据公式计算钢板的各相变点的温度得到：

Ac1＝714℃，Ac3＝856℃，Ms＝476℃

②计算冷却水的水量及上下水量的配比

钢板尺寸30×2500×10500mm，炉长57600mm，钢板出炉温度约910℃，钢板冷却后温度约50℃，冷却水原始温度约20℃，淬火后水温约50℃，则根据前述公式及上下水量的配比原则，计算得到上下水量的配比约为0.81～1.37m³/min：1.62～2.40m³/min。

③淬火加热制度

在本实施例中，所述淬火工艺中的加热炉为三段式的炉型设计。其中一般来说，第0加热段的温度首先要根据Ac1的温度值加上30～50℃；然后，考虑到为了保证钢板表面温度与钢板中心温度的一致，在Ac1的温度值上再加上15～25℃；另外，考虑到加热制度中的温度为加热炉的炉内温度，与钢板表面温度的差值约为10～20℃，所以，在本实施例中所述第0加热段的温度范围优选为770～810℃。一般来说，第I、II加热段的温度首先根据Ac3的温度值加上30～50℃；然后，考虑到为了保证钢板表面温度与钢板中心温度的一致，在Ac3的温度值上再加上5～15℃；另外，考虑到加热制度中的温度为加热炉的炉内温度，与钢板表面温度的差值约为10～20℃，所以，在本实施例中所述第I、II加热段的温度范围优选为900～940℃；如果加热炉为两段式的炉型设计，则去掉第0加热段即可；有效加热时间＝(1.5×h+6)min，其中h为钢板的厚度，单位为毫米。

因此，在本实施例中优选的淬火工艺的加热制度为：

第0加热段温度

第I加热段温度

第II加热段温度

有效加热时间

790℃

925℃

925℃

50min

(5)回火工艺

在本实施例中，所述回火工艺中的加热炉为三段式的炉型设计。其中第0、I、II加热段的温度范围为200℃以上、Ac1以下。

在本实施例中，所述回火时的加热制度为：第0加热段温度为500～600℃，第I加热段温度也为500～600℃，第II加热段温度为500～600℃；如果加热炉为两段式的炉型设计，则去掉第0加热段即可；有效保温时间＝(3～4)×h min，其中h为钢板的厚度，单位为毫米。

因此，在本实施例中优选的回火工艺的加热制度为：

第0加热段温度	第I加热段温度	第III加热段温度	有效保温时间
				570℃	570℃	570℃	110min

(6)机械性能测试

本实施例中所生产的钢板的机械性能与WELDOX 900标准对比如下：

	σs(MPa)	σb(MPa)	δ5(％)	Akv-40℃(J)
					30mm	940～965	970～1010	14～16	E级54～61
WELDOX标准	≥900	940～1100	≥12	E级≥27

由此可见，本实施例中所生产的钢板的机械性能完全满足甚至高于WELDOX 900标准，显示出了优越的机械性能。

(7)焊接性能测试

a.焊丝熔敷材料

在本实施例中，焊丝熔敷材料采用了屈服强度(σ_s)为750MPa的瑞典ESAB公司的OK·AUTROD13·29焊丝。

所述焊丝的化学成分如下：

C	Mn	Si	S	P	Cr	Ni	Mo	V
									0.06	1.60	0.60	-	-	0.30	1.40	0.25	0.07

所述焊丝的机械性能如下：

b.焊接设备和保护气体

在本实施例中，焊接设备采用了日本松下公司的KR II-500气保焊机，保护气体的组成比例为80％Ar+20％CO₂。

c.焊接试板的坡口形式

在本实施例中，焊接试板的坡口形式为X形。

d.焊接接头的性能

在本实施例中，钢板接头的机械性能如下：

钢板接头的硬度值(HV49N)如下：

焊接试验结论如下：

(1)接头强度：因焊接试验用焊丝强度低于钢板强度，因此拉伸试验时断裂均在焊缝处，但能够满足用户使用需要；

(2)接头韧性：16mm厚、30mm厚的试板接头的熔合线及热影响区(线外1、3mm处)的韧性均高于焊丝韧性，甚至高于母材的冲击韧性。

(3)机构评价：机械科学研究院哈尔滨焊接研究所的焊接评定认为该钢板具有较好的焊接性能，采取必要的工艺措施可有效预防焊接冷裂的产生，焊接接头具有较好的金相组织和较好的综合力学性能，能够满足液压支架的设计及使用要求。

实施例三、四和五：

在本发明在调质过程中，除回火工艺外其他工艺与实施例一或二相同，但回火工艺还可以结合正交试验法来优化试验过程、减少试验次数，然后根据试验结果，绘制成工艺-性能曲线。如图3～图5分别为本发明8mm、12mm和16mm板厚的本发明的实施例三、四和五的根据正交试验法的结果所绘制的用来确定回火时的加热制度的工艺-性能曲线。在图中，σ_b为抗拉强度，是钢板的强度指标之一；Akv为冲击韧性，是钢板的韧性指标之一；δ₅为伸长率，是钢板的塑性指标之一。然后，再根据工艺-性能曲线确定最适合的回火时的加热制度，确保钢板的最终性能。

如图3所示为实施例三的8mm板厚的工艺-性能曲线，回火时的有效保温时间对钢板的性能曲线影响不大。但是，回火时的加热温度对钢板的性能曲线有较大影响，其中钢板的伸长率(δ₅)比较容易满足要求(WELDOX 900标准为δ₅≥12％)，在满足伸长率的条件下，选择抗拉强度(σ_b)和冲击韧性(Akv)曲线交点处的温度作为钢板在回火时的优选加热温度，在图3所示的例子中为550℃，在图4所示的例子中为500℃，在图5所示的例子中为500℃，因为在所述交点处的抗拉强度和冲击韧性的值均比较满意。

本发明在钢材研制开发过程中，通过设计合适的化学成分体系，使碳当量的值≤0.56％，并结合上述化学成分体系，设计了合适的钢板调质工艺，使得本发明所提供的钢板具有匹配良好的强度和韧性，其强度高，韧性富裕量大，钢板的平直度也比较满意，并且焊接性能能够满足用户对制造工程机械的高强度可焊接结构用钢的施工要求。同时，本发明所提供的钢板的强度、韧性和塑性都超越了国外WELDOX 900标准的同类产品。另外，本发明所提供的钢板为满足环保要求的低能耗清洁产品，是一种符合可持续发展趋势的新钢种。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (23)

1.一种900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其成分的质量百分比为：

C：0.13～0.18，

Mn：1.20～1.60，

S：≤0.010，

P：≤0.020，

Si：≤0.50，

Cr：≤0.50，

Ni：≤0.50，

Mo：0.30～0.60，

B：≤0.003，

V：≤0.05，

Ti：≤0.03，

Nb：≤0.03，

Al：≥0.018，

其余为Fe和其他不可避免的杂质；

所述钢板中各成分的质量百分比还需满足使所述钢板中碳当量的值≤0.56％。

2.根据权利要求1所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其特征在于，所述碳当量的值为0.48～0.56％。

3.根据权利要求1或2所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其特征在于，所述C的质量百分比为0.13～0.16。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其特征在于，所述Mn的质量百分比为1.25～1.55。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其特征在于，所述Cr的质量百分比为0.30～0.50。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其特征在于，所述Mo的质量百分比为0.30～0.50。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其特征在于，所述Ni的质量百分比为0.20～0.50。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其特征在于，所述B的质量百分比为0.0010～0.0030。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其特征在于，所述Ti的质量百分比为0.010～0.030。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板，其特征在于，所述Nb的质量百分比为0.010～0.030。

11.一种权利要求1至10所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，包括：

提供依次经过冶炼、精炼、连铸和轧制所得到的热处理前的钢板；

计算所述钢板的各相变点Ac1、Ac3和Ms的温度；

根据Ac1、Ac3和Ms的温度数值或还结合回火试验的工艺-性能曲线，分别确定所述钢板在淬火时和回火时的加热制度；

根据所确定的加热制度，将所述钢板依次进行淬火和回火工艺。

12.根据权利要求11所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括在对所述钢板进行淬火和回火工艺之前确定淬火时冷却水的水量及上下水量的配比和钢板的行进速度。

13.根据权利要求11或12所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，所述淬火时的加热制度包括：

第I加热段温度为900～940℃，第II加热段温度也为900～940℃，有效加热时间＝(1.5×h+6)min，h为钢板的厚度，单位为毫米。

14.根据权利要求13所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，所述淬火时的加热制度还包括第0加热段，所述第0加热段温度为770～810℃。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，所述回火时的加热制度包括：

第I加热段温度为500～600℃，第II加热段温度也为500～600℃，有效保温时间＝(3～4)×h min，h为钢板的厚度，单位为毫米。

16.根据权利要求15所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，所述回火时的加热制度还包括第0加热段，所述第0加热段温度为500～600℃。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，在所述冶炼的过程中，通过在钢水中加入MnN或CrN，或者在精炼时用氮气代替氩气进行底吹，将钢水中N元素的含量控制在40ppm～120ppm。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，在所述冶炼的过程中，通过在钢水中加入Si-Ca丝，降低钢水中S元素的含量。

19.根据权利要求11至18中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，在所述连铸的过程中，将钢水温度控制在1526～1537℃之间，对二次冷却水的比水量配比在0.4L/Kg钢左右，以及根据钢水温度调整钢坯的合适的浇铸拉速。

20.根据权利要求19所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，在所述连铸的过程中，

当1526℃≤钢水温度≤1530℃时，所述浇铸拉速为1m/min；

当1530℃＜钢水温度≤1540℃时，所述浇铸拉速为0.9m/min。

21.根据权利要求11至20中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，在所述轧制的过程中，连铸坯的加热制度为：

第I加热段温度小于1000℃，第II加热段温度为1260～1280℃，均热段温度为1230～1250℃，每厘米连铸坯厚的加热时间为15分钟。

22.根据权利要求11至21中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，在所述轧制的过程中，初轧时的开轧温度为1050～1070℃，头三道次的轧制累计压下率≥40％。

23.根据权利要求11至22中任一项所述的900MPa级屈服强度的工程机械用调质钢板的生产方法，其特征在于，在所述轧制的过程中，精轧时的开轧温度为900～930℃，终轧温度≤830℃，最后三道次轧制的每道次压下率为15～20％，精轧时的累计压下率≥40％。

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