CN114438407B

CN114438407B - 一种高疲劳强度大梁钢厚板及其制备方法

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Publication number: CN114438407B
Application number: CN202111634847.1A
Authority: CN
Inventors: 周红伟; 白凤梅; 杨磊; 方俊飞; 何宜柱
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2041-12-29
Also published as: CN114438407A

Abstract

本发明公开了一种高疲劳强度大梁钢厚板及其制备方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明的大梁钢组分为：C≤0.06％、Si≤0.45％、Mn≤1.70％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb≤0.05％、Cr≤0.80％、Cu≤0.10％、Ni≤0.5％、Ti≤0.05％、Mo≤0.70％、B≤0.0030％、V≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明采用微合金超低碳贝氏体成分体系，大穿透力控轧技术及组织调控热处理技术，制备的大梁钢厚度为20mm～50mm，拉伸性能(横向)满足屈服强度≥620MPa，拉伸强度700～890MPa，延伸率(A50)≥17％；冲击韧性为F级，冲击性能(Akv)≥47J(‑60℃)，横向冷弯(D＝3a,180°)无裂纹；该大梁钢在应力比0.1下疲劳强度≥625MPa，疲劳强度比0.8～0.85，高于其他薄板高强钢的疲劳性能，其力学性能可达到超高强F级大梁钢级别。

Description

一种高疲劳强度大梁钢厚板及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种高疲劳强度大梁钢厚板及其制备方法。

背景技术

目前，欧美重型卡车普遍使用超高强大梁钢、我国主要使用高强度大梁钢。奔驰、沃尔沃等重卡车架普遍采用700L(屈服强度650MPa)的单层结构的大梁。在我国重卡车架主要采用510L、600L(屈服强度355MPa、500MPa)、厚度8mm主梁加衬梁的双层结构大梁。现有的国内外大梁标准，都升级到了超高强等级。但只要拉伸、冷弯等性能要求，产品厚度不高于12mm(国标)或16mm(欧标)。

超高强大梁钢的开发与应用，是重载卡车的发展方向。超高强钢的钢的成分体系为微合金化低碳低合金钢，组织设计为多相化+亚稳化+多尺度细化，主要强化机理是亚稳相的相变强化。瑞典SSAB公司按照欧洲标准EN10149-2，开发了Domex系列超高强度低碳马氏体大梁钢，屈服强度为315～700N/mm，最大厚度为12mm。与普通高强度热轧冷成形钢比较， Domex系列高强度钢具有更高的铌、钛及钒等合金化元素。日本某公司开发出了相变强化为主的超高强度钢。采用洁净钢冶金+连铸+控轧控冷生产工艺，开发了屈服强度>650MPa、抗拉强度>780MPa的超高强度热轧钢板。典型钢种有双相钢：组织为马氏体+铁素体；析出强化钢贝氏体钢：组织为贝氏体(少量马氏体)基体上弥散分布着沉淀强化相。

经检索，中国专利申请号为：201510241118.8，申请日为：2015年5月13日，发明创造名称为：一种抗拉强度610MPa级汽车大梁钢及其制备方法。该申请案的汽车大梁钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.04～0.12％，Si：0.05～0.35％，Mn：0.8～1.4％，S：≤0.015％， P：≤0.02％，Als：0.02～0.05％，Ti：0.04～0.08％，余量为Fe和不可避免的杂质，生产得到抗拉强度为630～690MPa的汽车大梁钢，其板带厚度为2～12.7mm。

又如，中国专利申请号为：201510240364.1，申请日为：2015年5月13日，发明创造名称为：一种抗拉强度550MPa级汽车大梁钢及其制备方法。该申请案的汽车大梁钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.04～0.12％，Si：0.05～0.35％，Mn：0.5～1.2％，S：≤0.015％，P： ≤0.02％，Als：0.02～0.05％，Ti：0.02～0.06％，余量为Fe和不可避免的杂质，生产得到抗拉强度为610MPa级汽车大梁钢，其板带厚度为2～12.7mm。

再如，中国专利申请号为：201811268002.3，申请日为：2018年10月29日，发明创造名称为：一种700MPa级汽车大梁钢带及其制备方法。该申请案的汽车大梁钢，其化学成分按质量百分数为：C：0.06～0.08％，Si：0.10～0.20％，Mn：1.60～1.80％，P≤0.017％，S≤0.002％， Alt：0.020～0.050％，Ti：0.065～0.085％，Nb：0.045～0.055％，余量为Fe和不可避免的杂质，生产得到的汽车大梁钢的屈服强度≥620MPa，抗拉强度≥700MPa，其厚度为14mm。

上述三个申请案中均通过对汽车大梁钢的组分进行设计，结合其工艺调整，生产得到的产品力学性能较好，但产品厚度规格较薄，均＜16mm，难以满足超重载卡车的需求。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服现有超高强大梁钢规格较薄，难以满足超重载卡车需求的不足，提供了一种高疲劳强度大梁钢厚板及其制备方法。本发明采用微合金超低碳贝氏体成分体系，结合工艺控制，制备出的大梁钢厚度为20mm～50mm，拉伸性能(横向)满足屈服强度≥620 MPa，拉伸强度700～890MPa，A50≥17％；冲击韧性为F级，AKV≥47J(-60℃)，横向冷弯(D＝3a,180°)无裂纹；应力比0.1下疲劳强度≥625MPa，力学性能完全能够满足F级冲击韧性的要求，从而有效满足了超重载卡车的使用需求。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种高疲劳强度大梁钢厚板，其化学成分的百分比为：C≤0.06％、Si≤0.45％、 Mn≤1.70％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb≤0.05％、Cr≤0.80％、Cu≤0.10％、Ni≤0.5％、Ti≤0.05％、 Mo≤0.70％、B≤0.0030％、V≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质。

更进一步的，碳当量指标Ceq≤0.53，冷裂纹敏感性指数Pcm(％)≤0.26。

更进一步的，添加的元素V、Nb、Ti之间满足V+Nb+Ti≤0.20％。

更进一步的，该大梁钢厚板的厚度为20mm～50mm，屈服强度≥620MPa，拉伸强度700～ 890MPa，延伸率A50≥17％；-60℃下AKV≥47J，应力比0.1下疲劳强度≥625Mpa，疲劳强度比0.8～0.85。

本发明的上述高疲劳强度大梁钢厚板的制备方法，其工艺流程如下：

步骤一、冶炼环节；

铁水脱硫预处理→150吨顶底复吹转炉→RH真空脱气处理→LF炉精炼→板坯连铸；

步骤二、热轧环节；

加热→高压水除鳞→热轧；

步骤三、热处理环节；

在线超快冷工艺→矫直→剪切→回火→矫直。

更进一步的，步骤一中，在铁水脱硫预处理过程中，精确控制S含量，S控制技术如下：铁水预处理系统采用复合喷吹脱硫工艺；转炉系统采用顶底复吹技术，顶吹氧气，底吹惰性气体；采用LF/RH装置精炼；深度脱S含量至[S]≤10×10^-6，[N]≤30×10^-6。

更进一步的，步骤一中，在150吨顶底复吹转炉冶炼过程中，精确控制P、O、N和H 含量，其中：

P的控制技术如下：为保证转炉前期脱磷时的温度，采用低硫返回废钢作为冷却剂，确定合适的吹止碳，控制[C]在0.07～0.10％，避免过吹，防止钢水过氧化和停吹终点回磷；

O、N、H的控制技术如下：转炉吹炼时采用氮氩切换吹炼模式，提高氧纯度，控制转炉炉内为正压，吹炼不补吹，吹炼后期采用低枪位操作、控制出钢口不散流，降低钢液终点氮含量；LF精炼埋弧操作及RH真空精炼时，真空度小于5毫巴的纯脱气时间不小于15min；RH真空处理后软吹氩，除采用中间包覆盖剂覆盖钢水外，在钢包和中间包之间采用长水口，并在钢包水口和长水口连接处采用氩气和纤维体密封，能够精确控制O含量在15ppm以下，N含量在40ppm以下，H含量小于2.0ppm。

更进一步的，步骤二中，采用步进式加热炉进行加热，其炉型采用上、下加热的步进梁式加热炉，设8个燃烧控制段，三段式加热段及均热段；热轧时采用两阶段控制轧制工艺：第一阶段粗轧，轧制温度为1150～1250℃，第二阶段精轧，精轧温度控制在再结晶温度T_DRX以下50℃。

更进一步的，热轧时采用大穿透力控轧和精整技术，控制总压下量≥60％的轧制形变，总压下量δ_总与各道次压下量δn之间的关系满足以下关系式：

δ_总＝1－(1－δ₁)(1－δ₂)(1－δ₃)……(1－δn)

式中，δ₁、δ₂、……δn分别为各道次的压下量。

更进一步的，该梁钢厚板经过热轧后采用在线超快冷淬火+回火温度技术，回火温度窗口为560℃-600℃。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种高疲劳强度大梁钢厚板，通过对其组分及组分的重量百分比范围进行优化设计，采用微合金超低碳贝氏体成分体系，从而能够在保证所得产品各项综合力学性能均优异的情况下，制备出厚规格的大梁钢板，其厚度可达20mm-50mm，较现有的薄规格厚度的大梁钢板而言，本发明的产品更能满足超重载卡车的使用需求，且其制造成本也较低。

(2)本发明的一种高疲劳强度大梁钢厚板，兼顾成本和高性能的需求，通过组分中Ni、 V、Nb和Ti的微量添加，尤其是将Ni含量控制在小于0.5％的范围，V+Nb+Ti≤0.20％的情况下，各元素间进行复合强化，与C形成MC(M＝Ni、V、Nb)型碳化物，析出强化相尺寸为纳米级(几个纳米～几十个纳米)且分布均匀，强化效果显著，从而满足大梁钢厚板的高强度的性能要求。

(3)本发明的一种高疲劳强度大梁钢厚板的制备方法，通过对大梁钢的组分、组分含量及其生产工艺流程和具体工艺参数进行优化设计，从而可以生产出强度高、低温冲击韧性好的大梁钢板，同时，本发明的工艺优化可以对有害元素和夹杂物进行有效控制，确保夹杂物细系不大于1.5级，显著改善了钢板的质量，进一步提高了所得钢板的横向冲击韧性、抗氢致裂纹和疲劳性能的能力。

(4)本发明的一种高疲劳强度大梁钢厚板的制备方法，热轧时采用大穿透力控轧和精整技术，即大梁钢宽厚板生产采用5000mm四辊精轧机，配备了CVC窜辊和工作辊弯曲，进行大穿透力轧制(轧制力120 000kN)，可以有效实现厚度控制、宽度控制、板形控制和平整度控制。最终保证钢板厚度方向组织的均匀性，克服了现有制备技术无法制备组织均匀高强钢厚板的难题。同时，可以促进奥氏体晶粒的再结晶细化与加工硬化，提高大梁钢厚板的韧性和疲劳性能。

(5)本发明的一种高疲劳强度大梁钢厚板的制备方法，通过组织调控热处理技术，采用在线超快冷淬火+离线高温回火，从而使得钢板获得高温回火超低碳贝氏体组织，最终制备得到的大梁钢厚度为20mm～50mm，拉伸性能(横向)满足屈服强度≥620MPa，拉伸强度700～ 890MPa，A50≥17％；冲击韧性为F级，AKV≥47J(-60℃)，横向冷弯(D＝3a,180°)无裂纹；应力比0.1下疲劳强度≥625Mpa，综合力学性能完全满足F级冲击韧性的要求。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备所得32mm厚板大梁钢铸坯低倍组织；

图2为本发明实施例1中制备所得32mm厚度微合金化超低碳贝氏体钢大梁钢产品边缘部位夹杂物的照片；

图3为本发明实施例1中制备所得32mm厚度微合金化超低碳贝氏体钢大梁钢产品厚度 1/4处夹杂物的照片；

图4为本发明实施例1中制备所得32mm厚度微合金化超低碳贝氏体钢大梁钢产品中部夹杂物的照片；

图5为本发明实施例1中制备所得32mm厚大梁钢淬火+回火态试样的SEM组织；

图6为本发明实施例1中制备所得32mm厚大梁钢淬火+回火态试样冲击断口SEM组织；

图7为本发明实施例1中制备所得32mm厚大梁钢淬火+回火态试样拉伸断口SEM组织；

具体实施方式

现有超高强大梁钢标准与产品存在的主要问题有：规格薄，一般<16mm，难以满足超重载卡车的需求，而厚规格高强度大梁钢组织不均匀和性能不达标，没有疲劳寿命的指标要求，不利于使用寿命的评估。现有大梁钢难以做出厚规格的高强钢板的主要原因在于，其生产的技术难度大，现有常规制备方法无法保证其厚度方向组织的均匀性，从而易导致厚板的关键性能指标不满足要求。本发明提供了一种高疲劳强度大梁钢厚板及其制备方法，其一，通过采用微合金超低碳贝氏体成分体系，结合钢的冶炼与连铸技术，严格控制碳含量、钢水的洁净度与夹杂物等级；其二，通过采用大穿透力控轧技术保证厚度方向组织的均匀性以及促进奥氏体晶粒的再结晶细化与加工硬化；其三，通过组织调控热处理技术，在线超快冷淬火+离线高温回火，获得高温回火超低碳贝氏体组织；最终制备出的大梁钢厚度为20mm～ 50mm，拉伸性能(横向)满足屈服强度≥620MPa，拉伸强度700～890MPa，A50≥17％；冲击韧性为F级，AKV≥47J(-60℃)，横向冷弯(D＝3a,180°)无裂纹；20mm～50mm 厚度大梁钢在应力比0.1下疲劳强度≥625MPa，疲劳强度比0.8～0.85，高于其他薄板高强钢的疲劳性能，本发明大梁钢厚板力学性能可达到超高强F级大梁钢级别。

具体的，本发明的大梁钢厚板，其化学成分的百分比：C≤0.06％、Si≤0.45％、Mn≤1.70％、 P≤0.015％、S≤0.003％、Nb≤0.05％、Cr≤0.80％、Cu≤0.10％、Ni≤0.5％、Ti≤0.05％、Mo≤0.70％、 B≤0.0030％、V≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质。碳当量指标Ceq≤0.53，冷裂纹敏感性指数Pcm(％)≤0.26。

需要说明的是，V、Nb和Ti是本发明组分中最重要的强化元素，为了获得纳米级析出物，强化基体，从而使制备得到的大梁钢强度满足设计要求。但上述元素的价格也相对较高，添加量较多成本增加，不利于企业降低生产成本。兼顾成本和高性能的要求，本发明通过添加 V、Nb和Ti三种微量元素，利用三种元素的复合强化，与C形成MC(M＝Ni、V、Nb)型碳化物，采用本发明的组分体系复合强化后，析出强化相尺寸为纳米级(几个纳米～几十个纳米)且分布均匀，强化效果显著，满足大梁钢厚板的高强度的性能要求。更优化的，申请人通过大量实验研究发现，通过将V、Nb和Ti三种元素的含量控制在V+Nb+Ti≤0.20％时，一方面相较于现有大梁钢的生产可以有效降低成本；另一方面，添加量满足上述公式时，强化效果明显要高于其中两种元素混合或单独一种元素添加，如V+Nb≤0.20％、Nb+Ti≤0.20％、 V+Ti≤0.20％或Ti≤0.20％，从而更有利于获得各项力学性能均优异的大梁钢。

此外，更进一步的，本发明中通过添加Ni，并控制Ni≤0.5％，能够在改善钢的低温韧性和耐腐蚀性的基础上，还有利于进一步降低生产成本。同时，本发明中考虑到制备所得大梁钢的塑性、低温韧性和焊接性，控制C含量不超过0.06％，Mn含量控制不超过1.70％，Si 含量控制不超过0.45％，通过对C、Mn和Si含量进行控制，不仅可以有效提高制备所得钢板的强度、改善低温韧性及焊接性，而且有利于后续加工。

本发明的上述大梁钢的制备方法，主要包括如下操作步骤：

步骤一、冶炼环节；

值得说明的是，本发明在铁水脱硫预处理过程中，通过精确控制S含量，具体S控制技术如下：铁水预处理系统采用对铁水包内喷吹石灰粉和镁粉的复合喷吹脱硫工艺；转炉系统采用顶底复吹技术，即顶吹氧气，底吹惰性气体；采用LF/RH装置精炼，可使钢水升温、钢水成分均匀，合金微调和钢水脱硫、脱气等，从而为生产成分要求严格的高强板提供了有效保证，通过上述操作，可深脱硫至[S]≤10×10^-6，[N]≤30×10^-6，进而有利于减少钢水中硫化锰夹杂物的生成，改善大梁钢的组织，显著提高大梁钢的冲击性能和疲劳性能。

在150吨顶底复吹转炉冶炼过程中，本发明的大梁钢纯净冶炼使还需要精确控制P、O、 N和H含量。其中，P的控制技术如下：确定合适的吹止碳，控制[C]在0.07～0.10％，避免过吹，防止钢水过氧化和停吹终点回磷。同时，为保证转炉前期脱磷时的温度，还需要使用适量废钢作为冷却剂，而且要用低硫返回废钢，避免向体系引入有害元素。

O、N、H的控制技术如下：转炉吹炼时采用氮氩切换吹炼模式，提高氧纯度，控制转炉炉内为正压，吹炼不补吹，吹炼后期采用低枪位操作、控制出钢口不散流等均可降低钢液终点氮含量。LF精炼埋弧操作及RH真空精炼时，真空度小于5毫巴的纯脱气时间不小于15min，从而以保证钢中氧、氮、氢气体的去除。在RH真空处理后进行软吹氩，保证钢水不裸露。更优化的，本发明中除采用中间包覆盖剂覆盖钢水外，在钢包和中间包之间采用长水口，并在钢包水口和长水口连接处采用氩气和纤维体密封。通过上述技术方法进行控制，可以有效实现N含量控制在40ppm以下，O含量控制在15ppm以下。同时，控制加入的原材料干燥、最大限度地发挥真空脱氢能力、钢包、中间包、保护套管预热烘烤等措施，再加上铸坯的缓冷工艺，也有利于对钢液中的H含量进行控制，最终能够将钢液中的H含量控制在小于2.0ppm。

此外，本发明还通过对钢中夹杂物进行有效控制，控制技术如下：精炼时采用RH真空脱气处理和LF炉精炼两种工艺相组合的形式对钢水进行处理。通过采用金属钙线处理可改变钢中夹杂物形态和数量，使得氧化物和硫化物夹杂转变为外包硫化钙的低熔点铝酸盐球状复合夹杂物，夹杂细化且分布均匀，夹杂物细系不大于1.5级，有效改善了钢的质量，从而提高了所得大梁钢的横向冲击韧性、抗氢致裂纹和疲劳性能的能力。

步骤二、热轧环节；

加热→高压水除鳞→热轧；

采用步进式加热炉技术：根据本发明成分体系下的大梁钢厚板坯加热需要，使用的步进式加热炉的炉型是上、下加热的步进梁式加热炉。炉底机械采用2套步进机械，其驱动采用全液压传动滚轮斜台面型式，装、出炉方式为装、出钢机端部装、出料，采用下排烟方式。该加热炉设8个燃烧控制段，分别为第一加热段上、下，第二加热段上、下，第三加热段上、下及均热段上、下。除上部均热段采用平焰烧嘴供热，其余各段均采用低NOX烧嘴侧向供热。同时，均热段的上、下以及第三加热段上、下均采用双交叉限幅连续燃烧控制；第一加热段上、下以及第二加热段上、下均采用脉冲燃烧控制。另外，加热炉还设有一个不供热的预热段，以充分回收烟气余热，节约能源。通过对加热方式进行优化，进一步保证所得大梁钢的性能。

轧制时，本发明采用两阶段控制轧制工艺：第一阶段粗轧，控制轧制温度为1150～1250℃，第二阶段精轧，轧制温度与再结晶温度(T_DRX)有关，控制在T_DRX以下50℃左右。同时，还需要进行总压下量≥60％的轧制形变，控制总压下量(δ_总)与各道次压下量(δn)之间的关系满足关系式：

δ_总＝1－(1－δ₁)(1－δ₂)(1－δ₃)……(1－δn)

式中δ₁、δ₂、……δn分别为各道次的压下量。

轧制采用大穿透力控轧和精整技术：大梁钢宽厚板生产采用5000mm四辊精轧机，配备了CVC窜辊和工作辊弯曲，进行大穿透力轧制(轧制力120 000kN)，实现厚度控制、宽度控制、板形控制、平整度控制。最终保证厚度方向组织的均匀性，克服了现有制备技术无法制备组织均匀高强钢厚板的难题。同时可以促进奥氏体晶粒的再结晶细化与加工硬化，提高大梁钢厚板的韧性和疲劳性能。

步骤三、热处理环节；

在线超快冷工艺→矫直→剪切→回火→矫直；

其中，本发明中采用的超快冷在线淬火组织调控技术具体操作为：大梁钢厚板经过热轧后采用在线超快冷淬火+回火温度技术，控制回火温度窗口为560℃-600℃，从而有利于获得高温回火超低碳贝氏体组织，贝氏体板条尺度为亚微米级，析出相尺度为纳米级，析出相主要分布在原奥氏体晶界、板条界以及板条内部。亚微米级贝氏体板条+纳米级析出物有利于进一步提高大梁钢的强度，最终制备得到的大梁钢厚板产品拉伸性能(横向)满足屈服强度≥620 MPa，拉伸强度700～890MPa，延伸率A50≥17％，其屈服强度和拉伸强度高于背景技术中引用的前两个申请案，与第三件申请案的强度相接近，但第三件申请案的产品为薄规格，厚度仅为14mm。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

选择厚度为32mm的大梁钢产品进行生产与性能测试，其化学成分如表1所示。

表1 32mm厚度大梁钢的成分，wt.％

C	Mn	Si	Ni	Cr	Mo	Nb	V	Ti	B	P	S	C<sub>eq</sub>	P<sub>cm</sub>
														0.06	1.51	0.22	0.28	0.04	0.14	0.05	0.043	0.016	0.0014	0.015	0.0011	0.38	0.17

该32mm厚度大梁钢产品生产工艺流程采用本发明的工艺，其中，经过在线超快冷工艺后的回火温度为580℃，试样随炉升温，到温后保温1小时。铸坯的低倍形貌如图1所示，中心偏析带等级判为C1.0，中心疏松等级为1.0，低倍质量好。

图2～4是本实施例中厚度规格为32mm的大梁钢钢板中夹杂物照片。其中，图2为32mm 厚度V-Ti微合金化超低碳贝氏体钢大梁钢产品边缘部位的夹杂物照片，图3为32mm厚度 V-Ti微合金化超低碳贝氏体钢大梁钢产品厚度1/4处的夹杂物图，图4为32mm厚度V-Ti微合金化超低碳贝氏体钢大梁钢产品中心部位夹杂物图，由图可知，本实施例中大梁钢厚板不同部位的夹杂物分布均匀，形状主要是颗粒状，表明大梁钢的纯净度良好。

表2为夹杂物类别及其评级。可见，钢中夹杂物主要以球状氧化物为主，级别为细系 0.5～1.5级；其次为氧化铝类夹杂，级别为细系0.5～1级；少量试样存在硅酸盐夹杂，未见硫化锰夹杂。

表2 32mm厚度大梁钢厚度方向不同部位夹杂

其力学性能如表3所示，可见，本实施例的大梁钢产品完全可以满足F级冲击韧性的要求。

表3 32mm厚度大梁钢的力学性能

图5～图7分别为本实施例中大梁钢的回火组织形貌、冲击断口形貌和拉伸断口形貌。

随机抽取厚度为32mm的大梁钢产品进行疲劳试验，疲劳试样从32mm厚大梁钢板轧制方向截取。钢板屈服强度735MPa，抗拉强度775MPa，延伸率(A50)为18％。高周疲劳试验依据标准GB/T 3075-2008金属材料疲劳试验轴向力控制方法，采用拉-拉等幅度疲劳载荷方式，测试的频率f≈142Hz，应力比为0.1。测试的环境温度19℃～22℃。

运用升降法测试疲劳强度，测试结果计算得到本实施例中大梁钢的疲劳极限为σ_0.1＝655 Mpa。疲劳强度比σ_0.1/σ_b为0.85，远高于一般钢铁材料的疲劳强度比0.7，高于其他薄板高强钢的疲劳性能(0.75-0.8)。说明本发明生产所得的厚度为32mm的大梁钢具有优异的疲劳性能。

更进一步的，引入三种同类产品，宝钢B690L、武钢CSP薄规格高强钢及微合金钢S500MC和本实施例制备所得大梁钢的疲劳强度进行对比，对比结果如表4所示。

表4 32mm厚度大梁钢疲劳强度与文献产品数据比较

钢牌号	厚度/mm	抗拉强度/MPa	疲劳强度σ<sub>0.1</sub>/MPa	疲劳强度比σ<sub>0.1</sub>/σ<sub>b</sub>
					32mm厚大梁钢	32	775	655	0.85
宝钢B690L	4-10	600	471	0.79
					武钢CSP薄规格高强钢	2	830	685	0.83
微合金钢S500MC	4	635	471	0.74

注：

宝钢B690L来源于文献[1]殷胜,万兰凤,朱红丹,590MPa级高疲劳性能汽车大梁钢的开发，第七届 (2009)中国钢铁年会,中国北京,2009,pp.4.

武钢CSP薄规格高强钢来源于文献[2]田星,张永琨,谭佳梅等.CSP流程Ti微合金化高强钢的疲劳性能[J].北京科技大学学报,2014,36(6):780-786.

微合金钢S500MC来源于文献[3]张梅,宁宇翔,李宏涛等.微合金钢S500MC的高频疲劳特性[J].上海金属,2014,36(1):11-13.

实施例2:

选择50mm厚度大梁钢产品进行生产与性能测试，化学成分如表5所示。

表5 50mm厚度大梁钢的成分，wt.％

C	Mn	Si	Ni	Cr	Mo	Nb	V	Ti	B	P	S	C<sub>eq</sub>	P<sub>cm</sub>
														0.06	1.48	0.2	0.35	0.025	0.18	0.022	0.046	0.013	0.0015	0.007	0.001	0.42	0.18

50mm厚度大梁钢产品生产工艺流程与实施例1中相同，在线超快冷工艺后的回火温度设定为600℃，试样随炉升温，到温后保温1小时。随机抽取厚度为50mm的大梁钢产品进行组织和性能分析测试。分析发现，中心偏析带等级判为C1.0，中心疏松等级为1.0，低倍质量好。其力学性能见表6所示，完全满足F级冲击韧性的要求。

疲劳性能测试方法与实施实例1相同。随机抽取厚度为50mm的大梁钢产品进行疲劳试验，疲劳试样从50mm厚大梁钢板轧制方向截取测试结果如表6所示，钢板屈服强度770MPa，抗拉强度791MPa，延伸率(A50)为19.2％。运用升降法测试疲劳强度，测试结果计算得到厚度为50mm的大梁钢的疲劳极限为σ_0.1＝664Mpa。疲劳强度比σ_0.1/σ_b为0.839，高于其他薄板高强钢的疲劳性能(0.75-0.8)。说明本发明生产所得的厚度为50mm的大梁钢具有优异的疲劳性能。

表6 50mm厚度大梁钢的力学性能

实施例3:

选择20mm厚度大梁钢产品进行生产与性能测试，化学成分如表7所示。

表7 20mm厚度大梁钢的成分，wt.％

C	Mn	Si	Ni	Cr	Mo	Nb	V	Ti	B	P	S	C<sub>eq</sub>	P<sub>cm</sub>
														0.06	1.55	0.27	0.32	0.035	0.20	0.022	0.041	0.021	0.0014	0.007	0.0016	0.44	0.18

20mm厚度大梁钢产品生产工艺流程与实施案例1中相同：在线超快冷工艺后的回火温度设定为560℃，试样随炉升温，到温后保温1小时。对铸坯随机抽取进行组织和性能分析测试。分析发现，中心偏析带等级判为C1.0，中心疏松等级为1.0，低倍质量好。力学性能见表8所示，完全满足F级冲击韧性的要求。

疲劳性能测试方法与实施实例1相同。随机抽取厚度为20mm的大梁钢产品进行疲劳试验，疲劳试样从大梁钢板轧制方向截取。钢板屈服强度720MPa，抗拉强度755MPa，延伸率为18.6％。运用升降法测试疲劳强度，测试结果计算得到厚度为20mm的大梁钢的疲劳极限为σ_0.1＝641Mpa。疲劳强度比σ_0.1/σ_b为0.849，高于其他薄板高强钢的疲劳性能(0.75-0.8)。说明该厚度为20mm的大梁钢具有优异的疲劳性能。

表8 20mm厚度大梁钢的力学性能

Claims

1.一种高疲劳强度大梁钢厚板，其特征在于，其化学成分的百分比为：C≤0.06％、Si≤0.45％、Mn≤1.70％、P≤0.015％、S≤0.003％、Nb≤0.05％、Cr≤0.80％、Cu≤0.10％、Ni≤0.5％、Ti≤0.05％、Mo≤0.70％、B≤0.0030％、V≤0.10％，其余为Fe和不可避免的杂质；添加的元素V、Nb、Ti之间满足V+Nb+Ti≤0.20％，该大梁钢厚板的厚度为20mm～50mm，屈服强度≥620MPa，拉伸强度700～890MPa，延伸率A50≥17％；-60℃下AKV≥47J，应力比0.1下疲劳强度≥625MPa，疲劳强度比0.8～0.85。

2.根据权利要求1所述的一种高疲劳强度大梁钢厚板，其特征在于，碳当量指标Ceq≤0.53，冷裂纹敏感性指数Pcm(％)≤0.26。

3.一种高疲劳强度大梁钢厚板的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-2中任一项的组分进行生产，其工艺流程如下：

步骤一、冶炼环节；

在铁水脱硫预处理过程中，精确控制S含量，S控制技术如下：铁水预处理系统采用复合喷吹脱硫工艺；转炉系统采用顶底复吹技术，顶吹氧气，底吹惰性气体；采用LF/RH装置精炼；深度脱S含量至[S]≤10×10^-6，[N]≤30×10^-6；

步骤二、热轧环节；

加热→高压水除鳞→热轧；

采用步进式加热炉进行加热，其炉型采用上、下加热的步进梁式加热炉，设8个燃烧控制段，三段式加热段及均热段；热轧时采用两阶段控制轧制工艺：第一阶段粗轧，轧制温度为1150～1250℃，第二阶段精轧，精轧温度控制在再结晶温度T_DRX以下50℃；

热轧时采用大穿透力控轧和精整技术，控制总压下量≥60％的轧制形变，总压下量δ_总与各道次压下量δn之间的关系满足以下关系式：

δ_总＝1－(1－δ₁)(1－δ₂)(1－δ₃)……(1－δn)

式中，δ₁、δ₂、……δn分别为各道次的压下量；

步骤三、热处理环节；

在线超快冷工艺→矫直→剪切→回火→矫直；

采用在线超快冷淬火+回火温度技术，回火温度窗口为560℃-600℃。

4.根据权利要求3所述的一种高疲劳强度大梁钢厚板的制备方法，其特征在于，步骤一中，在150吨顶底复吹转炉冶炼过程中，精确控制P、O、N和H含量，其中：