本發(fā)明屬于冶金工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

高強(qiáng)度鋼作為一種特種鋼材，集中體現(xiàn)了一個(gè)國家冶金水平的高低，高強(qiáng)度鋼材按用途可分為高強(qiáng)度壓力容器用調(diào)質(zhì)鋼板、高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼、高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)用鋼等，同時(shí)鐵路列車原油運(yùn)輸槽罐及水電站壓力鋼管的需求也很大，目前我國高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板供應(yīng)中的大部分仍然是從國外進(jìn)口的。

高強(qiáng)度鋼的定義是相對于時(shí)代要求的技術(shù)進(jìn)步程度而在變化的。一般講，屈服強(qiáng)度在1370mpa以上，抗拉強(qiáng)度在1620mpa以上的合金鋼超高強(qiáng)度鋼。按其合金化程度和顯微組織可分為低合金中碳馬氏體強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼、中合金中碳二次沉淀硬化型超高強(qiáng)度鋼、高合金中碳ni—co型超高強(qiáng)度鋼、超低碳馬氏體時(shí)效硬化型超高強(qiáng)度鋼、半奧氏體沉淀硬化型不銹鋼等。

其中，超低碳馬氏體時(shí)效硬化型超高強(qiáng)度鋼，通常稱馬氏體時(shí)效鋼；鋼的基體為超低碳的鐵鎳或鐵鎳鈷馬氏體；其特點(diǎn)是，馬氏體形成時(shí)不需要快冷，可變溫及等溫形成；具有體心立方結(jié)構(gòu)；硬度約為hrc20，塑性很好；加熱時(shí)不出現(xiàn)低碳馬氏體中發(fā)生的回火現(xiàn)象，并有很大的逆轉(zhuǎn)變溫度遲滯，因而可以在較高溫度進(jìn)行馬氏體基體內(nèi)的時(shí)效硬化。在這樣的高鎳馬氏體中含有能引起時(shí)效強(qiáng)化的合金元素，借助于時(shí)效強(qiáng)化，從過飽和的馬氏體中析出彌散分布的金屬間化合物，使鋼獲得高強(qiáng)度和高韌性。按鎳含量，馬氏體時(shí)效鋼分為25%ni、20%ni、18%ni和12%ni等類型。18%ni型應(yīng)用較廣，為含有鉬、鈦等強(qiáng)化原素的超低碳鐵-鎳（18%）-鉆（8.5%）合金，包括3個(gè)牌號：18%ni（200）、18%ni（250）、和18%ni（300）（200、250、300為抗拉強(qiáng)度等級，單位為ksi）。這種鋼是通過金屬間化合物的析出使鋼強(qiáng)化。借無碳的馬氏體基體取得高塑性，最后達(dá)到很高的強(qiáng)度塑性配合。這類鋼具有良好的成形性能、焊接性能和尺寸穩(wěn)定性，熱處理工藝也較簡單，用于航空、航天器構(gòu)件和冷擠、冷沖壓模具等。但是這種鋼材成分配比要求嚴(yán)格，鍛造難度大，生產(chǎn)成本高昂，不適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。

目前高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝大多采用“中板軋機(jī)熱軋+離線淬火+離線回火”的工藝進(jìn)行生產(chǎn)。如國內(nèi)90年代初，武漢鋼鐵公司首先采用“離線淬火+回火”工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼板，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，部分高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼可替代進(jìn)口，但是應(yīng)用該工藝的生產(chǎn)成本依然相對較高，且生產(chǎn)的鋼材強(qiáng)度也不夠大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)工藝，應(yīng)用該工藝生產(chǎn)的鋼材強(qiáng)度高，具有優(yōu)異的低溫韌性，且生產(chǎn)成本相對較低，可以滿足工程機(jī)械用鋼的需求。

一種工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)工藝，其特征在于：所述鋼材化學(xué)成分組成按質(zhì)量比如下：

c：0.21-0.25%，cr：0.75-0.83%，

ca：0.64-0.72%，al：0.30-0.45，

si：0.32-0.35%，ni：0.15-0.22%，

re：0.17-0.23%，y：0.14-0.19%，

ti：0.12-0.17%，zr：0.38-0.42%，

ge：0.16-0.22%，b：0.45-0.48%，

w：0.34-0.46%，mo：0.16-0.21%，

mg：0.17-0.24%，mn：0.51-0.64%，s≤0.04%，p≤0.06%，

稀土金屬：0.13-0.26%，余量為fe；還包括下列生產(chǎn)加工的工藝步驟：

（1）鋼水預(yù)處理：按上述成分組成比例投入物料，在高爐中冶煉得到含有所需各元素的鋼水，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中按比例加入足量的硅錳合金和鋁合金，并使用合成渣進(jìn)行渣洗，出鋼結(jié)束后喂入鋁線，控制鋼水中ald的含量低于0.30%；lf冶煉過程采用cao、al2o3造渣，冶煉過程全程吹入氬氣，造白渣后攪拌5-10min，lf冶煉結(jié)束后控制鋼水中al含量在0.30-0.45%之間，mn含量在0.51-0.64%之間；鋼水在vd真空處理過程中全程吹氬氣，在50-70pa狀態(tài)下保持12-20min，確保鋼水中氫含量低于0.002%，破真空后保持軟吹狀態(tài)15-30min。

（2）連鑄和加熱軋制：鋼水在連鑄澆注過程中，大包長水口和浸入式水口采取氬氣密封，中包使用包蓋板和中包覆蓋劑隔絕空氣；澆注后的鋼坯的溫度加熱到1130-1220℃之間，軋制過程采用兩階段軋制，粗軋開軋溫度≥1050℃，精軋溫度控制在850-890℃之間。

（3）淬火處理：鋼材軋后通過mulpic冷卻系統(tǒng)快速冷卻，冷卻速率為25-35℃/s，冷卻后溫度在220-350℃之間；在輸出管道上設(shè)置采用u型上集管和直管下集管的柱狀層流冷卻裝置，冷卻裝置分成快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū)，采用強(qiáng)冷連續(xù)水喝強(qiáng)冷間隔水兩種冷卻策略，最小冷卻速率為20℃/s，冷卻后采用溫矯和冷矯保證離線回火熱處理前鋼板不平整度小于10mm/全板寬。

（4）回火處理：將鋼材通過回火爐加熱到1200℃左右，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到950℃左右，然后經(jīng)第一道冷卻工序?qū)摪謇鋮s到500-550℃，經(jīng)第二道冷卻工序?qū)摬睦鋮s到常溫。

優(yōu)選的，稀土金屬的組成和質(zhì)量百分比為：nd：10-15%，pr：9-15%，ce：12-15%，er：3-5%，gd：4-8%，pm：2-4%，余量為la。

優(yōu)選的，步驟（1）中鋼水的冶煉溫度在1580-1650℃之間。

優(yōu)選的，步驟（2）中粗軋過程必須保證壓下率≥20%。

優(yōu)選的，步驟（3）中鋼材在所述mulpic冷卻系統(tǒng)中快速冷卻時(shí)間不超過55s。

優(yōu)選的，步驟（4）中的第一冷卻工序采用水冷、風(fēng)冷與氣霧冷相結(jié)合的方式，先采用水冷以14℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻到900-950℃，然后采用風(fēng)冷以7℃/s的冷卻速率將板坯冷至600-650℃，最后采用氣霧冷卻以3℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻至500-550℃。

優(yōu)選的，步驟（4）中的第二道冷卻工序采用水冷和風(fēng)冷結(jié)合的方式，先采用風(fēng)冷以4℃/s的冷卻速率將鋼板水冷至300-350℃，再采用水冷以7℃/s的冷卻速率將鋼材冷卻至室溫。

優(yōu)選的，步驟（4）中鋼材在回火爐中加熱后保溫時(shí)間為5-8min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明具有如下有益效果：通過不同冶煉物料的準(zhǔn)確添加，保證鋼水中各元素配比更精確，保證合金的精度更高，為下一步處理提供了條件。通過對轉(zhuǎn)爐冶煉、lf精煉和真空處理工藝進(jìn)行調(diào)整，保證了鋼水的純凈度，并通過低過熱度的連鑄過程，在氬氣氛圍保護(hù)下進(jìn)行澆注，可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼坯，為對鋼材進(jìn)行高強(qiáng)的熱處理工藝的進(jìn)行奠定了更好的基礎(chǔ)。

本發(fā)明利用mulpic快速冷卻系統(tǒng)精準(zhǔn)控制整個(gè)淬火過程，在快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū)采用不同的不同的冷卻策略，降溫效果更好，似的淬火后的鋼材強(qiáng)度和硬度更好，提升鋼材的品質(zhì)。

回火過程中，應(yīng)用兩道工序進(jìn)行兩級降溫，水冷、風(fēng)冷和氣霧冷的綜合應(yīng)用，既保證了回火的效果，提高了鋼材的韌性和延展性，使得鋼材的加工性能更好，也節(jié)約了能源和成本，非常綠色環(huán)保。

具體實(shí)施方式

以下對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

實(shí)施例1

（1）鋼水預(yù)處理：按成分組成成分：fe：96%；c：0.23%，cr：0.80%，ni：0.17%，re：0.21%，y：0.17%，ti：0.16%，zr：0.39%，ge：0.21%，b：0.47%，w：0.42%，mo：0.20%，mg：0.22%，s：0.07%，p：0.04%的比例投入物料，在高爐中冶煉得到含有所需各元素的鋼水，鋼水的冶煉溫度為1590℃，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中按比例加入足量的硅錳合金和鋁合金，并使用合成渣進(jìn)行渣洗，出鋼結(jié)束后喂入鋁線，控制鋼水中ald的含量低于0.30%；lf冶煉過程采用cao、al2o3造渣，冶煉過程全程吹入氬氣，造白渣后攪拌8min，lf冶煉結(jié)束后控制鋼水中al含量為0.45%，mn含量為0.64%；鋼水中還加入稀有金屬元素，含量為0.16%，其中稀土金屬中各成分占比為nd：15%，pr：9%，ce：15%，er：5%，gd：8%，pm：3%，la：45%；鋼水在vd真空處理過程中全程吹氬氣，在65pa狀態(tài)下保持17min，確保鋼水中氫含量低于0.002%，破真空后保持軟吹狀態(tài)22min。

（2）連鑄和加熱軋制：鋼水在連鑄澆注過程中，大包長水口和浸入式水口采取氬氣密封，中包使用包蓋板和中包覆蓋劑隔絕空氣；澆注后的鋼坯的溫度加熱到1200℃，軋制過程采用兩階段軋制，粗軋開軋溫度為1075℃，粗軋過程必須保證壓下率為23%，精軋溫度控制在890℃。

（3）淬火處理：鋼材軋后通過mulpic冷卻系統(tǒng)快速冷卻，冷卻速率為29℃/s，冷卻后溫度為270℃，冷卻時(shí)間為47s；在輸出管道上設(shè)置采用u型上集管和直管下集管的柱狀層流冷卻裝置，冷卻裝置分成快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū)，采用強(qiáng)冷連續(xù)水喝強(qiáng)冷間隔水兩種冷卻策略，最小冷卻速率為20℃/s，冷卻后采用溫矯和冷矯保證離線回火熱處理前鋼板不平整度為8mm/全板寬。

（4）回火處理：將鋼材通過回火爐加熱到1200℃左右，加熱后保溫7min，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到950℃左右，然后經(jīng)第一道冷卻工序?qū)摪謇鋮s到550℃，經(jīng)第二道冷卻工序?qū)摬睦鋮s到常溫。第一冷卻工序采用水冷、風(fēng)冷與氣霧冷相結(jié)合的方式，先采用水冷以14℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻到900℃，然后采用風(fēng)冷以7℃/s的冷卻速率將板坯冷至650℃，最后采用氣霧冷卻以3℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻至520℃。第二道冷卻工序采用水冷和風(fēng)冷結(jié)合的方式，先采用風(fēng)冷以4℃/s的冷卻速率將鋼板水冷至330℃，再采用水冷以7℃/s的冷卻速率將鋼材冷卻至室溫。

實(shí)施例2

（1）fe：95%；c：0.25%，cr：0.82%，ni：0.20%，re：0.25%，y：0.17%，ti：0.16%，zr：0.39%，ge：0.21%，b：0.50%，w：0.42%，mo：0.30%，mg：0.22%，s：0.07%，p：0.04%的比例投入物料，在高爐中冶煉得到含有所需各元素的鋼水，鋼水的冶煉溫度為1590℃，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中按比例加入足量的硅錳合金和鋁合金，并使用合成渣進(jìn)行渣洗，出鋼結(jié)束后喂入鋁線，控制鋼水中ald的含量低于0.30%；lf冶煉過程采用cao、al2o3造渣，冶煉過程全程吹入氬氣，造白渣后攪拌8min，lf冶煉結(jié)束后控制鋼水中al含量為0.45%，mn含量為0.65%；鋼水中還加入稀有金屬元素，含量為0.16%，其中稀土金屬中各成分占比為nd：12%，pr：9%，ce：13%，er：5%，gd：8%，pm：3%，la：50%；鋼水在vd真空處理過程中全程吹氬氣，在65pa狀態(tài)下保持18min，確保鋼水中氫含量低于0.002%，破真空后保持軟吹狀態(tài)20min。

（2）連鑄和加熱軋制：鋼水在連鑄澆注過程中，大包長水口和浸入式水口采取氬氣密封，中包使用包蓋板和中包覆蓋劑隔絕空氣；澆注后的鋼坯的溫度加熱到1170℃，軋制過程采用兩階段軋制，粗軋開軋溫度為1120℃，粗軋過程保證壓下率為22%，精軋溫度控制在860℃。

（3）淬火處理：鋼材軋后通過mulpic冷卻系統(tǒng)快速冷卻，冷卻速率為25℃/s，冷卻后溫度在220℃，冷卻時(shí)間為45s；在輸出管道上設(shè)置采用u型上集管和直管下集管的柱狀層流冷卻裝置，冷卻裝置分成快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū)，采用強(qiáng)冷連續(xù)水喝強(qiáng)冷間隔水兩種冷卻策略，最小冷卻速率為20℃/s，冷卻后采用溫矯和冷矯保證離線回火熱處理前鋼板不平整度為7mm/全板寬。

（4）回火處理：將鋼材通過回火爐加熱到1180℃，加熱后保溫8min，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到950℃，然后經(jīng)第一道冷卻工序?qū)摪謇鋮s到550℃，經(jīng)第二道冷卻工序?qū)摬睦鋮s到常溫。第一冷卻工序采用水冷、風(fēng)冷與氣霧冷相結(jié)合的方式，先采用水冷以14℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻到950℃，然后采用風(fēng)冷以7℃/s的冷卻速率將板坯冷至600℃，最后采用氣霧冷卻以3℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻至550℃。第二道冷卻工序采用水冷和風(fēng)冷結(jié)合的方式，先采用風(fēng)冷以4℃/s的冷卻速率將鋼板水冷至300℃，再采用水冷以7℃/s的冷卻速率將鋼材冷卻至室溫。

實(shí)施例3

（1）鋼水預(yù)處理：按成分組成成分：fe：95%；c：0.25%，cr：0.83%，ni：0.22%，re：0.23%，y：0.19%，ti：0.17%，zr：0.42%，ge：0.22%，b：0.48%，w：0.46%，mo：0.21%，mg：0.24%，s：0.04%，p：0.06%的比例投入物料，在高爐中冶煉得到含有所需各元素的鋼水，鋼水的冶煉溫度為1650℃，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中按比例加入足量的硅錳合金和鋁合金，并使用合成渣進(jìn)行渣洗，出鋼結(jié)束后喂入鋁線，控制鋼水中ald的含量為0.28%；lf冶煉過程采用cao、al2o3造渣，冶煉過程全程吹入氬氣，造白渣后攪拌10min，lf冶煉結(jié)束后控制鋼水中al含量為0.45%，mn含量為0.64%；鋼水中還加入稀有金屬元素，含量為0.13%，其中稀土金屬中各成分占比為nd：15%，pr：15%，ce：15%，er：5%，gd：8%，pm：2%，la：40%；鋼水在vd真空處理過程中全程吹氬氣，在70pa狀態(tài)下保持20min，確保鋼水中氫含量低于0.002%，破真空后保持軟吹狀態(tài)30min。

（2）連鑄和加熱軋制：鋼水在連鑄澆注過程中，大包長水口和浸入式水口采取氬氣密封，中包使用包蓋板和中包覆蓋劑隔絕空氣；澆注后的鋼坯的溫度加熱到1170℃，軋制過程采用兩階段軋制，粗軋開軋溫度為1090℃，粗軋過程必須保證壓下率為20%，精軋溫度控制為880℃。

（3）淬火處理：鋼材軋后通過mulpic冷卻系統(tǒng)快速冷卻，冷卻速率為30℃/s，冷卻后溫度為350℃，冷卻時(shí)間50s；在輸出管道上設(shè)置采用u型上集管和直管下集管的柱狀層流冷卻裝置，冷卻裝置分成快冷區(qū)和精調(diào)冷卻區(qū)，采用強(qiáng)冷連續(xù)水喝強(qiáng)冷間隔水兩種冷卻策略，最小冷卻速率為20℃/s，冷卻后采用溫矯和冷矯保證離線回火熱處理前鋼板不平整度為8mm/全板寬。

（4）回火處理：將鋼材通過回火爐加熱到1200℃左右，加熱后保溫6min，出爐后通過壓縮空氣快速冷卻到950℃左右，然后經(jīng)第一道冷卻工序?qū)摪謇鋮s到550℃，經(jīng)第二道冷卻工序?qū)摬睦鋮s到常溫。第一冷卻工序采用水冷、風(fēng)冷與氣霧冷相結(jié)合的方式，先采用水冷以14℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻到950℃，然后采用風(fēng)冷以7℃/s的冷卻速率將板坯冷至650℃，最后采用氣霧冷卻以3℃/s的冷卻速率將鋼板冷卻至550℃。第二道冷卻工序采用水冷和風(fēng)冷結(jié)合的方式，先采用風(fēng)冷以4℃/s的冷卻速率將鋼板水冷至350℃，再采用水冷以7℃/s的冷卻速率將鋼材冷卻至室溫。

性能測試

根據(jù)《工程機(jī)械用高強(qiáng)度耐磨鋼板》國家標(biāo)準(zhǔn)，工程機(jī)械用鋼應(yīng)符合以下的力學(xué)性能測試標(biāo)準(zhǔn)：

表1：本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能

測試本實(shí)施例的各項(xiàng)力學(xué)性能，得到如下測試數(shù)據(jù)，

表2：本實(shí)施例各項(xiàng)力學(xué)性能測試結(jié)果

與國家標(biāo)準(zhǔn)的性能要求對比，本實(shí)施例生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋼材，性能普遍超過nm450編號的要求，接近nm500號鋼材的標(biāo)準(zhǔn)，具有優(yōu)異的抗拉伸性能以及較優(yōu)秀的延展性，結(jié)果證明本發(fā)明提供的是一種非常優(yōu)秀的工程機(jī)械用高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)工藝。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。