1 前言
工程機(jī)械用鋼板因承受砂土、礦石磨損及為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化,迫切要求提高強(qiáng)度和耐磨性。
近年,為了將這類鋼板用于寒冷地區(qū)而需確保其低溫韌性;為改善其施工性而需降低焊接時(shí)的預(yù)熱溫度;很多場(chǎng)合還須改善其彎曲加工性。為了滿足這些需求,JFE公司開(kāi)發(fā)了2種耐磨鋼板和1種高強(qiáng)度鋼板。下面概要介紹這類LE系列鋼板的開(kāi)發(fā)及性能。
2 開(kāi)發(fā)過(guò)程
工程機(jī)械用耐磨鋼板360LE和500LE的厚度分別為6~19mm和19.1~32mm兩大類;其表面硬度分別為361~440和447~556;根據(jù)2個(gè)鋼種各自不同厚度范圍的Ceq要求,360LE薄的應(yīng)≤0.40%而厚的應(yīng)≤0.43%,500LE薄的≤0.55%,而厚的應(yīng)≤0.58%。
780MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板厚度分為6~19mm和19.1~32mm兩大類;其強(qiáng)度目標(biāo)均為YS≥685MPa、TS=780~930MPa;Ceq根據(jù)不同厚度范圍分別規(guī)定為≤0.40%和≤0.43%。
上述兩種系列鋼板均須確保-40℃低溫沖擊吸收能優(yōu)良;而且,都將Ceq進(jìn)行了適當(dāng)降低,以確保焊接性能。
進(jìn)行與耐磨性密切相關(guān)的高硬度化研究結(jié)果表明,鋼板硬度主要由鋼中含C量(下稱〔C〕)及淬火處理后鋼中M(馬氏體)量決定。因此,為了獲得目標(biāo)硬度,在成分設(shè)計(jì)中同時(shí)確保〔C〕和完全M量是重要的。
將〔C〕=0.10%~0.30%的多種鋼板淬火而產(chǎn)生了完全M組織后測(cè)定了表面硬度。在確定目標(biāo)硬度HBW分別≥361和≥477的同時(shí),決定控制最低的〔C〕分別為0.14%和0.26%。
為了用DI評(píng)價(jià)鋼的淬透性,將開(kāi)發(fā)最大目標(biāo)厚度32mm鋼板能獲得完全M組織作為前提進(jìn)行了研究。并調(diào)查了不同化學(xué)成分的鋼獲得完全M組織的臨界冷速。結(jié)果表明,在最大目標(biāo)板厚32mm的冷速下,只有確保DI≥45mm,才能在淬火后獲得完全M組織。并且,在耐磨鋼板內(nèi)高硬度鋼上,為了防止容易產(chǎn)生的延遲斷裂和淬裂,應(yīng)盡量減輕其熱處理應(yīng)變,即適當(dāng)控制冷卻速度和終冷溫度。
以Nb、Ti、V為代表的微合金化元素,通過(guò)固溶原子的拖曳作用和沉淀物的阻塞作用,促進(jìn)了A晶粒的細(xì)化;而且,其向A中的固溶還有提高鋼淬透性的效果。在進(jìn)行能獲得這些效果的合金設(shè)計(jì)時(shí),還研究了如何控制連鑄板坯加熱溫度、控軋與熱處理以細(xì)化A晶粒的問(wèn)題。
由于使用了上述的A晶粒細(xì)化技術(shù),使原來(lái)粗大到40~50μm的原始A晶粒細(xì)化到約20μm以下。進(jìn)一步從在-196℃實(shí)施夏比沖擊試驗(yàn)中、人為產(chǎn)生脆性斷裂時(shí)的斷面顯微組織觀察可知,較之原來(lái)鋼,開(kāi)發(fā)鋼的凹凸不平變小了,這是支配韌性的晶包尺寸變細(xì)的結(jié)果。因此可以確認(rèn)晶包尺寸隨原始A晶粒的細(xì)化而變小。
關(guān)于原始A晶粒尺寸對(duì)-40℃夏比沖擊吸收能(VE-40℃)的影響研究表明,所開(kāi)發(fā)的0.15%C-M鋼因采用了微合金化和TMCP(即控冷控軋)技術(shù),使鋼的原始A晶粒細(xì)化到20μm,從而使VE-40℃大幅提高到了175~180J(即使細(xì)化到30μm也有90~98J);而原來(lái)鋼因原始A晶粒尺寸為30~50μm,故其VE-40℃僅有大約20~45J(僅為開(kāi)發(fā)鋼最高值的大約1/8~1/4、最低值的1/4~1/2)。這表明,只要采取措施將開(kāi)發(fā)鋼的原始A晶粒細(xì)化到30μm甚至20μm以下,即可大幅改善低溫韌性。
3 開(kāi)發(fā)鋼板性能
為了查明開(kāi)發(fā)鋼板的焊接性能,分別采用厚度19mm的360LE和20mm的500LE鋼板進(jìn)行了Y型坡口焊接冷裂試驗(yàn)。結(jié)果表明,無(wú)論是在哪種預(yù)熱溫度下進(jìn)行焊接,兩種鋼板都沒(méi)有產(chǎn)生表面和內(nèi)部等焊裂紋,從而顯示了優(yōu)良的焊接性能。
360LE與500LE鋼板的布氏硬度與夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明,兩種鋼的硬度HBW10/3000分別為361~440和477~556,都與原來(lái)鋼相當(dāng);然而,兩種開(kāi)發(fā)鋼板的低溫沖擊吸收能V E-40℃卻分別高達(dá)45~70J和45J左右,遠(yuǎn)高于原來(lái)鋼的20J左右。這表明開(kāi)發(fā)鋼板的硬度高且低溫韌性優(yōu)良;是世界上最先確保-40℃低溫韌性的產(chǎn)品,可用于寒冷地區(qū);由于提高了耐沖擊損傷性,可實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械部件材料的長(zhǎng)壽命化。
由于本開(kāi)發(fā)鋼板采用了以Nb、V、Ti為主的微合金化技術(shù)和超級(jí)在線高速冷卻為代表的形變熱處理.控制熱處理技術(shù),使780MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼板780LE的低溫韌性獲得了極大提高。
780LE鋼板的TS(抗拉強(qiáng)度)與原來(lái)鋼相當(dāng),都大約為820~840MPa;其YS(屈服強(qiáng)度)為750~810MPa,略高于原來(lái)鋼的750~775MPa。關(guān)鍵是780LE鋼板的低溫沖擊性能量化指標(biāo)VE-40℃=230~270J(均值250J),其特點(diǎn)是波動(dòng)范圍小,說(shuō)明性能穩(wěn)定;而且,在板厚12~32mm范圍內(nèi),越厚的鋼板韌性越高。而原來(lái)鋼板的VE-40℃僅為60~100J,按均值計(jì)算僅為開(kāi)發(fā)鋼板的1/3;且在板厚18~40mm范圍內(nèi),其韌性值隨厚度的上升而下降。
4 結(jié)語(yǔ)
在工程機(jī)械用耐磨鋼板和高強(qiáng)度鋼板領(lǐng)域,在世界上首先保證了-40℃低溫韌性的JFE-EH360LE/500LE和JFE-HITEN780LE(LE系列)開(kāi)發(fā)鋼板,除可在寒冷地區(qū)使用之外,其耐沖擊性和安全性也優(yōu)良,且因適度降低了Ceq值而具有優(yōu)良的焊接施工性。
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