CN108914006A - 一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板及其制造方法，其中，所述厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的组分及重量百分比含量包括：C：0.14～0.18%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.50%，P≤0.012%，S≤0.002%，Cr：0.10~0.30%，Mo：0.10～0.50%，Ni：0.10~0.15%，Nb：0.010～0.020%，V：0.005~0.025%，Ti：0.005～0.020%，B：0.0008~0.0020%，Als：0.015～0.045%，N：10~30×10‑4%，H：≤2.0ppm，O：5~25×10‑4%，其余为Fe和不可避免的杂质；且上述元素含量必须同时满足如下关系：S/Mn≤0.002；CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且0.30≤CEV≤0.60%；本发明提供的钢板常温下的屈服强度ReH≥890MPa，抗拉强度Rm≥940MPa，断后伸长率A在15%~20%，‑40℃温度下冲击功KV2≥100J，厚度方向断面收缩率Z%≥45%，具有超高强度、高韧性、良好焊接性及优良的厚度方向性能。

Description

一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及高强度钢板制造技术领域，特别涉及一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板及其制造方法。
背景技术
工程机械用调质超高强度钢主要用于制造100吨以上的矿车底板、挖掘机铲斗、履带式吊机履带托架额吊臂拉杆、液压机支架顶梁等。工程机械的作业环境和作业能力不仅要求机械结构用钢板具有很高的强度，还要求具有良好的低温冲击韧性、焊接性能和厚度方向性能。屈服强度890MPa级别，使用厚度20~50mm的超高强度钢板用在重要部位，用户期望这种钢板具高强度、良好的低温韧性、焊接性和厚度方向性能。目前同时满足上述要求的钢板的生产技术难度相当高。
目前生产高强度的工程机械用钢，一般采用TMCP、TMCP+回火、调质热处理等。采用TMCP工艺生产的高强板一般厚度级别只能达到40mm，且存在整板面性能不均匀缺陷；另外为了达到钢板高强度易焊接性能，往往会添加大量合金，造成成本增加。采用TMCP+回火工艺生产，回火工序可改善钢板性能均匀性，但是TMCP态钢板强度较低，即使采用在线淬火或者超快冷工序，也会受制于钢板板形和成品厚度限制。采用调质工艺，可明显改善并稳定钢板质量，提高钢板强度，适用于超高强度级别钢板的开发，尤其对性能要求高钢板的可采用生产。
现有大量专利和技术文献只是说明如何实现超高强度钢板的强度、低温韧性和低温韧性匹配，很少有涉及在提高钢板抗拉强度的同时满足钢板厚度方向力学性能。经检索，仅有中国公开专利号为CN 102337478A“强韧性、强塑性优良的100公斤级调质钢板及其制造方法”中公开的是，可以生产出满足厚度方向性能的100公斤级调质钢板，其化学成分为C:0.09～0.15%，Si≤0.10%，Mn：0.7～1.10%，P≤0.013%，S≤0.0030%，Cu：0.20~0.45%，Ni：1.3~2.00%，Cr：0.45~0.85%，Mo：0.45～0.75%，Nb：0.008～0.025%，V：0.030~0.060，Ti：0.005～0.025%，B：0.0006~0.0014%，Als：0.045～0.070%，采用二次淬火+回火的生产工艺可生产出40~80mm厚性能优良的超高强钢，但是添加合金的种类和含量，以及采用的热处理工序，都给该钢种造成成本过高。
中国公开专利号为CN 101451212A“一种高强度钢板及其制备方法”中不仅合金成本过高，而且没有厚度方向性能指标。
中国公开专利号为CN 103898406A“一种屈服强度890MPa级低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法”采用在线淬火工艺生产此类强度钢，钢板板形和性能均匀性是采用此种生产工艺的突出问题，不适宜推广超高强钢Z向钢的生产。
发明内容
本发明的目的是提出一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板及其制造方法，该钢板常温下屈服强度ReH≥890MPa，抗拉强度Rm≥940MPa，断后伸长率A在15%~20%，-40℃温度下冲击功KV2≥100J，厚度方向断面收缩率Z%≥45%，具有超高强度、高韧性、良好焊接性及优良的厚度方向性能；所述钢板强度稳定，冲击值高，厚度方向性能优良，且合金含量低，生产成本低，并可实现低成本稳批量的工业化生产，适用于制造100吨以上的矿车底板、挖掘机铲斗、履带式吊机履带托架额吊臂拉杆及液压机支架顶梁等工程机械。
为实现上述目的，本发明提出一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板，其组分及重量百分比含量包括：
C：0.14～0.18%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.50%，P≤0.012%，S≤0.002%，Cr：0.10~0.30%，Mo：0.10～0.50%，Ni：0.10~0.15%，Nb：0.010～0.020%，V：0.005~0.025%，Ti：0.005～0.020%，B：0.0008~0.0020%，Als：0.015～0.045%，N：10~30×10-4%，H：≤2.0ppm，O：5~25×10-4%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
S/Mn≤0.002；
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且0.30≤CEV≤0.60%。
优选地，所述钢板常温下的屈服强度ReH≥890MPa，抗拉强度Rm≥940MPa，断后伸长率A在15%~20%，-40℃温度下冲击功KV2≥100J，厚度方向断面收缩率Z%≥45%。
优选地，所述钢板的厚度为20~50mm。
此外，为实现上述目的，本发明提出一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法，包括如下步骤：
按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸；
控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热；
采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0，其中，在粗轧阶段，控制粗轧的开轧温度≥1080℃，且至少有两个道次的压下率在20～30%，轧制速度≤2m/s；
钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却；
采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理。
优选地，所述采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0，其中，在粗轧阶段，控制粗轧的开轧温度≥1080℃，且至少有两个道次的压下率在20～30%，轧制速度≤2m/s的步骤，还包括：
在精轧阶段，控制精轧的开轧温度在900～950℃，精轧的终轧温度850~880℃。
优选地，所述按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸的步骤中，所述LF炉精炼时间≥40min，所述RH处理在真空度＜67Pa下且保持至少20min，所述连铸中间包的过热度控制在10～20℃，且拉速0.7m/min~1.0m/min。
优选地，所述连铸的步骤之后，还包括：连铸完成后的铸坯出连铸机后就地堆垛缓冷72h。
优选地，所述控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热的步骤中，所述铸坯加热温度控制为1180～1220℃，所述加热时间控制为60~90min，所述加热速率控制为9～11min/cm。
优选地，所述钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却的步骤，还包括：
控制钢板的冷却速率为5~10℃/S；
待钢板冷却至620~680℃后进行冷床空冷。
优选地，所述采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理的步骤中，所述淬火的温度控制为900~930℃，所述回火的温度控制为520~560℃。
本发明提供的技术方案中，通过严格控制P和S的重量百分比含量，避免钢中夹杂有害元素而形成夹杂、偏析等缺陷，从而提高了超高强度钢板的冲击韧性、断后伸长率、焊接性和厚度方向性能（即Z向性能），同时对于Z向钢，S含量的严格控制，防止了产生MnS而引起钢板的层状撕裂，进而提高了超高强度钢板的抗层状撕裂性能。
所述厚度方向性能优良的超高强度调质钢板，钢板厚度规格为20~50mm，钢板力学性能稳定，其中常温下屈服强度ReH≥890MPa，抗拉强度Rm≥940MPa，断后伸长率A在15%~20%，-40℃温度下冲击功KV2≥100J，厚度方向断面收缩率Z%≥45%，满足了用户期望的钢板具有超高强度、良好的低温冲击韧性、焊接性和厚度方向性能（抗层状撕裂性）的要求，且合金含量低，生产成本低，并可实现低成本稳批量的工业化生产，适用于制造100吨以上的矿车底板、挖掘机铲斗、履带式吊机履带托架额吊臂拉杆及液压机支架顶梁等工程机械。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的50mm钢板回火后的金相组织图；
图2为本发明一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
下述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本文中，单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板，其组分及重量百分比含量包括：
C：0.14～0.18%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.50%，P≤0.012%，S≤0.002%，Cr：0.10~0.30%，Mo：0.10～0.50%，Ni：0.10~0.15%，Nb：0.010～0.020%，V：0.005~0.025%，Ti：0.005～0.020%，B：0.0008~0.0020%，Als：0.015～0.045%，N：10~30×10-4%，H：≤2.0ppm，O：5~25×10-4%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
S/Mn≤0.002；
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且0.30≤CEV≤0.60%。
本发明中各组分的作用及控制具有以下特征：
C：碳对调质钢的强度、韧性、焊接性能和冶炼成本影响很大。碳在钢中主要起固溶强化作用，是用于强化钢材最合适的元素，但碳含量如果过高，则将降低钢的塑韧性，特别是损害钢的焊接和成型性能。为达到屈服强度在890MPa以上的超高强度钢强度和韧性的最佳匹配，本发明C的合理范围在0.14～0.18%。
Si：Si是常用脱氧剂，并能够提高钢板淬火强度，但是对钢板焊接性能不利。Si含量过高，造成轧钢过程氧化铁皮难以除尽，影响钢板表面质量，本发明Si：0.10～0.30%。
Mn：Mn能够降低γ→α相变温度，而γ→α相变温度的降低对铁素体晶粒尺寸有细化作用。另外，Mn还是一个较强的固溶强化的元素，常被作为高强度低合金钢中的主要合金元素而被广泛应用，故选Mn作为超高钢度调质钢主要强化元素之一，其含量在1.20～1.50%之间。
P和S：都属于钢中有害夹杂元素，易形成夹杂、偏析等缺陷，影响钢板的冲击韧性、断后伸长率、焊接性和Z向性能。对于Z向钢，尤其要严格控制S含量，防止产生MnS，MnS夹杂极易引起钢板的层状撕裂，本发明控制P≤0.012％，S≤0.002％。
Cr和Mo：在调质钢中，Cr和Mo都是可以显著增加钢板的淬透性合金元素，其中Mo还能细化淬火后钢的显微组织，改善冲击韧性，改善钢板的高温回火脆性。Cr含量过高，会增加钢板的回火脆性倾向，本发明Cr含量控制为0.10~0.30%；Mo作为贵重合金，在保证高强度性能的前提下，本发明Mo含量控制为0.10～0.50%。
Ni：能够有效提高钢的淬透性，具有一定的固溶强化作用，还能显著改善钢的低温韧性，镍还可以提高钢的耐腐蚀性能，但是，过高的镍含量易造成钢板氧化铁皮难以除去，导致钢板表面质量问题，且镍属于贵重金属，加入量增加会显著提高钢的制造成本。本发明添加Ni元素的目的，除提高低温韧性外，还能防止钢坯在加热或热轧时产生裂纹的倾向。对于屈服强度在890MPa以上的超高强度钢板，必须有足够的Ni含量，以保证钢板具有足够的淬透性，而且板厚方向性能均匀，因此，Ni含量控制在0.10~0.15%。
Nb：铌可以显著提高钢的奥氏体再结晶温度，扩大未再结晶区范围，便于实现高温轧制。铌还可以抑制奥氏体晶粒长大，具有显著地细晶强化和析出强化作用，这就为钢板在淬火加回火后仍然具有细小组织提供了基础，有利于提高韧性，但受到C含量的限值和加热温度的影响，过高的Nb无法固溶，而且恶化焊接性能，本发明的Nb控制含量在0.010～0.020%。
V：V的化合物仅在γ/α相变过程中或相变之后析出，析出物非常细小，有十分显著的析出强化效果。但若添加量过高，则会降低材料的韧性和焊接性能，本发明控制含量在0.005~0.025%。
Ti：TiC比较稳定，可以抑制晶粒长大，此外，Ti还具有强烈的固N作用，以避免形成B的氮化物，从而确保B元素的提高淬透性的效果，本发明Ti控制含量0.005～0.020%。
B：硼是超高强度钢中重要的成分，它能够提高钢的淬透性，加入极微量的B就会有明显的效果，显著推迟奥氏体向铁素体、珠光体的转变，当有Nb同时存在时，B的作用更加突出。当B含量低于0.0005％时，提高淬透性的效果不大；当B的含量为0.001％时，就会使钢的组织较易转变为马氏体。故本发明加入0.0008～0.0020%B，使其在淬火时，较易得到马氏体组织，从而增强钢板的强度性能。
N：本发明控制N≤0.006％，以避免形成B的氮化物，使B的淬透性失效。
H：H是产生钢中“白点”、氢脆、发纹、“鱼眼”及层状断口等缺陷的重要原因，本发明控制H≤2.0ppm。
O：一般情况下，O在钢中属于有害气体，钢质纯净是保证Z向性能的前提条件，为确保钢质纯净度和钢中氧化物夹杂的总量，需将O含量严格控制在较低水平，否则，钢中氧化物夹杂物含量越高，钢板的Z向性能越差，本发明控制O在5~25×10-4%。
本发明中，控制S/Mn≤0.002，MnS夹杂极易引起钢板的层状撕裂，在本发明中，通过控制S/Mn≤0.002，可有效限制MnS夹杂含量，得到纯净钢，钢质纯净是保证Z向性能的前提条件。
CEV：碳当量CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，是评价钢材焊接性能的一个重要指标，CEV低有利于钢材的焊机性能但不利于在淬火时形成高强度的马氏体组织，CEV过高虽有利于超高强钢板马氏体组织的形成，但却会恶化钢材的焊接性能，本发明控制0.30≤CEV≤0.60%。
按照上述组分及重量百分比含量制造的所述厚度方向性能优良的超高强度调质钢板，所述钢板的厚度规格为20~50mm，所述钢板常温下的屈服强度ReH≥890MPa，抗拉强度Rm≥940MPa，断后伸长率A在15%~20%，-40℃温度下冲击功KV2≥100J，厚度方向断面收缩率Z%≥45%，图1为本发明一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的50mm钢板回火后的金相组织图。
本发明还提出一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法，图2为本发明一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法一实施例的流程示意图，包括如下步骤：
步骤S10，按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸；
进一步地，所述步骤S10中，所述LF炉精炼时间≥40min，所述RH处理在真空度＜67Pa下且保持至少20min，所述连铸中间包的过热度控制在10～20℃，且拉速0.7m/min~1.0m/min。所述连铸工艺的整体控制采用动态轻压下和电磁搅拌系统，该系统是连铸机工序上运用的一种辅助设备，是为了补偿铸坯最后凝固的收缩，减轻或消除中心偏析，提高铸坯内部质量。动态轻压下是为了在连续过程中获得无缺陷铸坯，对带液芯的铸坯施加小的压力的工艺方法；电磁搅拌系统是通过产生的电磁力，改善消除结晶器内钢水的过热度，提高铸坯的等轴晶率，得到良好凝固组织的铸坯，从而改善成品的性能，进而改善铸坯内部质量。
进一步地，所述步骤S10之后，还包括：连铸完成后的铸坯出连铸机后就地堆垛缓冷72h。该工艺控制是为了使钢中的氢扩散到空气中，使钢中的氢含量逐渐下降。
步骤S20，控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热；
进一步地，所述步骤S20中，所述铸坯加热温度控制为1180～1220℃，所述加热时间控制为60~90min，所述加热速率控制为9～11min/cm，以有利于钢板的轧制而获得优良的Z向性能。
步骤S30，采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0，其中，在粗轧阶段，控制粗轧的开轧温度≥1080℃，且至少有两个道次的压下率在20～30%，轧制速度≤2m/s；该工艺控制是为了充分发挥轧机能力，实现铸坯强力大压下，促进奥氏体晶粒反复再结晶，同时对心部缺陷充分焊合，从而提高钢板的厚度方向性能。
进一步地，所述步骤30还包括：在精轧阶段，控制精轧的开轧温度在900～950℃，精轧的终轧温度850~880℃。该工艺控制是为了充分细化奥氏体晶粒，改善超高强度调质钢板强韧性匹配。
步骤S40，钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却；
进一步地，所述步骤S40还包括：
控制钢板的冷却速率为5~10℃/S；
待钢板冷却至620~680℃后进行冷床空冷。
步骤S50，采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理。
进一步地，所述步骤S50中，所述淬火的温度控制为900~930℃，所述回火的温度控制为520~560℃。该工艺控制是为了保证超高强度钢板塑韧性匹配，同时获得厚度方向性能优良的高强度钢板。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的所述厚度方向性能优良的超高强度调质钢板，钢板厚度规格为20~50mm，且屈服强度ReH≥890MPa，抗拉强度Rm≥940MPa，断后伸长率A在15%~20%，-40℃温度下冲击功KV2≥100J，厚度方向断面收缩率Z%≥45%，因此，该钢板具有超高强度、高韧性、良好焊接性及厚度方向性能（即抗层状撕裂性）优良的特性，且合金含量低，生产成本低，并可实现低成本稳批量的工业化生产，适用于制造100吨以上的矿车底板、挖掘机铲斗、履带式吊机履带托架额吊臂拉杆及液压机支架顶梁等工程机械。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，不用于限定本发明。
实施例1
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的组分及其重量百分比含量为：C：0.15%，Si：0.29%，Mn：1.39%，P:0.008%，S:0.002%，Cr：0.10%，Mo：0.35%，Ni：0.10%，Nb：0.010%，V：0.005%，Ti：0.005%，B：0.0010%，N：30×10-4%，H：10×10-5%，O：25×10-4%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
S/Mn≤0.002；
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且CEV=0.41。
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法的步骤为：
步骤S10，按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸，所述LF炉精炼时间≥40min，所述RH处理在真空度＜67Pa下且保持至少20min，所述连铸中间包的过热度控制在10～20℃，且拉速0.7m/min~1.0m/min。连铸完成后的铸坯出连铸机后就地堆垛缓冷72h。
步骤S20，控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热，所述铸坯加热温度控制为1180℃，所述加热时间控制为65min，所述加热速率控制为9～11min/cm，总在炉时间280min。
步骤S30，采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0，钢板成品厚度为20mm，其中，在粗轧阶段，控制粗轧的开轧温度1183℃，且最大两个道次的压下率为28%，轧制速度≤2m/s；在精轧阶段，控制精轧的开轧温度在950℃，精轧的终轧温度872℃。
步骤S40，钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却，控制钢板的冷却速率为5~10℃/S，待钢板冷却至620~680℃后进行冷床空冷，返红温度为625℃。
步骤S50，采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理，所述淬火的温度控制为900℃，所述回火的温度控制为560℃。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为20mm，且屈服强度ReH为905MPa，抗拉强度Rm为940MPa，断后伸长率A为19%，-40℃温度下冲击功KV2为186J，厚度方向断面收缩率Z%为49%。
实施例2
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的组分及其重量百分比含量为：C：0.14%，Si：0.27%，Mn：1.35%，P:0.009%，S:0.002%，Cr：0.30%，Mo：0.35%，Ni：0.13%，Nb：0.016%，V：0.005%，Ti：0.012%，B：0.0008%，N：20×10-4%，H：10×10-5%，O：20×10-4%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
S/Mn≤0.002；
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且CEV=0.52。
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法的步骤为：
步骤S10，按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸，所述LF炉精炼时间≥40min，所述RH处理在真空度＜67Pa下且保持至少20min，所述连铸中间包的过热度控制在10～20℃，且拉速0.7m/min~1.0m/min。连铸完成后的铸坯出连铸机后就地堆垛缓冷72h。
步骤S20，控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热，所述铸坯加热温度控制为1190℃，所述加热时间控制为60min，所述加热速率控制为9～11min/cm，总在炉时间270min。
步骤S30，采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0，钢板成品厚度为30mm，其中，在粗轧阶段，控制粗轧的开轧温度1176℃，且最大两个道次的压下率为30%，轧制速度≤2m/s；在精轧阶段，控制精轧的开轧温度在950℃，精轧的终轧温度880℃。
步骤S40，钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却，控制钢板的冷却速率为5~10℃/S，待钢板冷却至620~680℃后进行冷床空冷，返红温度为640℃。
步骤S50，采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理，所述淬火的温度控制为910℃，所述回火的温度控制为560℃。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为30mm，且屈服强度ReH为923MPa，抗拉强度Rm为982MPa，断后伸长率A为20%，-40℃温度下冲击功KV2为177J，厚度方向断面收缩率Z%为52%。
实施例3
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的组分及其重量百分比含量为：C：0.16%，Si：0.30%，Mn：1.39%，P:0.010%，S:0.002%，Cr：0.25%，Mo：0.34%，Ni：0.14%，Nb：0.015%，V：0.006%，Ti：0.012%，B：0.0014%，N：10×10-4%，H：10×10-5%，O：5×10-4%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
S/Mn≤0.002；
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且CEV=0.49。
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法的步骤为：
步骤S10，按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸，所述LF炉精炼时间≥40min，所述RH处理在真空度＜67Pa下且保持至少20min，所述连铸中间包的过热度控制在10～20℃，且拉速0.7m/min~1.0m/min。连铸完成后的铸坯出连铸机后就地堆垛缓冷72h。
步骤S20，控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热，所述铸坯加热温度控制为1200℃，所述加热时间控制为73min，所述加热速率控制为9～11min/cm，总在炉时间340min。
步骤S30，采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0，钢板成品厚度为40mm，其中，在粗轧阶段，控制粗轧的开轧温度1176℃，且最大两个道次的压下率为30%，轧制速度≤2m/s；在精轧阶段，控制精轧的开轧温度在920℃，精轧的终轧温度860℃。
步骤S40，钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却，控制钢板的冷却速率为5~10℃/S，待钢板冷却至620~680℃后进行冷床空冷，返红温度为650℃。
步骤S50，采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理，所述淬火的温度控制为925℃，所述回火的温度控制为530℃。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为40mm，且屈服强度ReH为957MPa，抗拉强度Rm为1000MPa，断后伸长率A为15%，-40℃温度下冲击功KV2为110J，厚度方向断面收缩率Z%为50%。
实施例4
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的组分及其重量百分比含量为：C：0.18%，Si：0.30%，Mn：1.20%，P:0.010%，S:0.001%，Cr：0.26%，Mo：0.48%，Ni：0.13%，Nb：0.019%，V：0.021%，Ti：0.013%，B：0.0020%，N：15×10-4%，H：7×10-5%，O：8×10-4%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
S/Mn≤0.002；
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且CEV=0.56。
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法的步骤为：
步骤S10，按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸，所述LF炉精炼时间≥40min，所述RH处理在真空度＜67Pa下且保持至少20min，所述连铸中间包的过热度控制在10～20℃，且拉速0.7m/min~1.0m/min。连铸完成后的铸坯出连铸机后就地堆垛缓冷72h。
步骤S20，控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热，所述铸坯加热温度控制为1220℃，所述加热时间控制为86min，所述加热速率控制为9～11min/cm，总在炉时间336min。
步骤S30，采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0，钢板成品厚度为50mm，其中，在粗轧阶段，控制粗轧的开轧温度1186℃，且最大两个道次的压下率为23%，轧制速度≤2m/s；在精轧阶段，控制精轧的开轧温度在900℃，精轧的终轧温度862℃。
步骤S40，钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却，控制钢板的冷却速率为5~10℃/S，待钢板冷却至620~680℃后进行冷床空冷，返红温度为680℃。
步骤S50，采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理，所述淬火的温度控制为930℃，所述回火的温度控制为540℃。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为50mm，且屈服强度ReH为961MPa，抗拉强度Rm为1009MPa，断后伸长率A为17%，-40℃温度下冲击功KV2为110J，厚度方向断面收缩率Z%为51%。
实施例5
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的组分及其重量百分比含量为：C：0.17%，Si：0.20%，Mn：1.50%，P:0.011%，S:0.001%，Cr：0.24%，Mo：0.50%，Ni：0.15%，Nb：0.020%，V：0.025%，Ti：0.012%，B：0.0012%，N：10×10-4%，H：8×10-5%，O：9×10-4%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
S/Mn≤0.002；
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且CEV=0.58。
所述一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法的步骤为：
步骤S10，按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸，所述LF炉精炼时间≥40min，所述RH处理在真空度＜67Pa下且保持至少20min，所述连铸中间包的过热度控制在10～20℃，且拉速0.7m/min~1.0m/min。连铸完成后的铸坯出连铸机后就地堆垛缓冷72h。
步骤S20，控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热，所述铸坯加热温度控制为1215℃，所述加热时间控制为67min，所述加热速率控制为9～11min/cm，总在炉时间320min。
步骤S30，采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0，钢板成品厚度为50mm，其中，在粗轧阶段，控制粗轧的开轧温度1186℃，且最大两个道次的压下率为22%，轧制速度≤2m/s；在精轧阶段，控制精轧的开轧温度在900℃，精轧的终轧温度855℃。
步骤S40，钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却，控制钢板的冷却速率为5~10℃/S，待钢板冷却至620~680℃后进行冷床空冷，返红温度为672℃。
步骤S50，采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理，所述淬火的温度控制为928℃，所述回火的温度控制为520℃。
采用上述元素组分含量及加工工艺步骤制造的钢板，钢板厚度规格为50mm，且屈服强度ReH为944MPa，抗拉强度Rm为998MPa，断后伸长率A为18.5%，-40℃温度下冲击功KV2为109J，厚度方向断面收缩率Z%为51%。
本发明提供的实施例1~5的各项数据对照表请参见表1~4。
表1 本发明各实施例中的化学组分及重量百分比含量列表（wt%）
表2本发明各实施例中主要轧钢工艺参数列表
表3 本发明各实施例中主要热处理工艺参数列表
表4本发明各实施例中钢板的力学性能列表
从表1~4中可以看出，采用本发明提供的元素组分及重量百分比含量、以及制造方法制得的厚度方向性能优良的超高强度调质钢板，进行常温拉伸试验、-40℃纵向冲击试验和Z向拉伸试验，其结果为：屈服强度ReH在905~961MPa，抗拉强度Rm在940~1009MPa，断后伸长率A15%~20%，-40℃冲击功109~186J，厚度方向断面收缩率Z均超过45%，使得该钢板具有超高强度、高韧性、良好焊接性及厚度方向性能（即抗层状撕裂性）优良的特性，适用于制造100吨以上的矿车底板、挖掘机铲斗、履带式吊机履带托架额吊臂拉杆及液压机支架顶梁等工程机械。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板，其特征在于：所述钢板的组分及重量百分比含量包括：
C：0.14～0.18%，Si：0.10～0.30%，Mn：1.20～1.50%，P≤0.012%，S≤0.002%，Cr：0.10~0.30%，Mo：0.10～0.50%，Ni：0.10~0.15%，Nb：0.010～0.020%，V：0.005~0.025%，Ti：0.005～0.020%，B：0.0008~0.0020%，Als：0.015～0.045%，N：10~30×10-4%，H：≤2.0ppm，O：5~25×10-4%，其余为Fe和不可避免的杂质；
且上述元素含量必须同时满足如下关系：
S/Mn≤0.002；
CEV= C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，且0.30≤CEV≤0.60%。
2.根据权利要求1所述的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板，其特征在于：所述钢板常温下的屈服强度ReH≥890MPa，抗拉强度Rm≥940MPa，断后伸长率A在15%~20%，-40℃温度下冲击功KV2≥100J，厚度方向断面收缩率Z%≥45%。
3.根据权利要求1所述的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板，其特征在于：所述钢板的厚度为20~50mm。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸；
控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热；
采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0，其中，在粗轧阶段，控制粗轧的开轧温度≥1080℃，且至少有两个道次的压下率在20～30%，轧制速度≤2m/s；
钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却；
采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理。
5.根据权利要求4所述的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法，其特征在于：所述采用粗轧和精轧两阶段轧制工艺轧制，控制坯料总压缩比（坯料厚度/成品厚度）≥5.0的步骤，还包括：
在精轧阶段，控制精轧的开轧温度在900～950℃，精轧的终轧温度850~880℃。
6.根据权利要求4所述的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法，其特征在于：所述按照上述组分炉外精炼出钢水后连铸成铸坯，连铸工艺包括：高炉熔铁→铁水脱硫→转炉冶炼→吹氩→LF炉精炼→RH处理→连铸的步骤中，所述LF炉精炼时间≥40min，所述RH处理在真空度＜67Pa下且保持至少20min，所述连铸中间包的过热度控制在10～20℃，且拉速0.7m/min~1.0m/min。
7.根据权利要求4所述的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法，其特征在于：所述连铸的步骤之后，还包括：连铸完成后的铸坯出连铸机后就地堆垛缓冷72h。
8.根据权利要求4所述的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法，其特征在于：所述控制特定的铸坯加热温度、加热时间和加热速率，对铸坯进行加热的步骤中，所述铸坯加热温度控制为1180～1220℃，所述加热时间控制为60~90min，所述加热速率控制为9～11min/cm。
9.根据权利要求4所述的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板轧制完成后进入MUPIC快速冷却装置进行钢板冷却的步骤，还包括：
控制钢板的冷却速率为5~10℃/S；
待钢板冷却至620~680℃后进行冷床空冷。
10.根据权利要求4所述的一种厚度方向性能优良的超高强度调质钢板的制造方法，其特征在于：所述采用淬火和回火的工艺对钢板进行调质热处理的步骤中，所述淬火的温度控制为900~930℃，所述回火的温度控制为520~560℃。
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