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系列鋼板的開發(fā)及性能。
2 開發(fā)過程
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 開發(fā)鋼板性能
為了查明開發(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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