强度、焊接性和加工性优良的系列钢板

1 前言

工程机械用钢板因承受砂土、矿石磨损及为了实现结构轻量化，迫切要求提高强度和耐磨性。

近年，为了将这类钢板用于寒冷地区而需确保其低温韧性；为改善其施工性而需降低焊接时的预热温度；很多场合还须改善其弯曲加工性。为了满足这些需求，JFE公司开发了2种耐磨钢板和1种高强度钢板。下面概要介绍这类LE系列钢板的开发及性能。

2 开发过程

工程机械用耐磨钢板360LE和500LE的厚度分别为6～19mm和19.1～32mm两大类；其表面硬度分别为361～440和447～556；根据2个钢种各自不同厚度范围的Ceq要求，360LE薄的应≤0.40%而厚的应≤0.43%，500LE薄的≤0.55%，而厚的应≤0.58%。

780MPa级高强度钢板厚度分为6～19mm和19.1～32mm两大类；其强度目标均为YS≥685MPa、TS＝780～930MPa；Ceq根据不同厚度范围分别规定为≤0.40%和≤0.43%。

上述两种系列钢板均须确保－40℃低温冲击吸收能优良；而且，都将Ceq进行了适当降低，以确保焊接性能。

进行与耐磨性密切相关的高硬度化研究结果表明，钢板硬度主要由钢中含C量（下称〔C〕）及淬火处理后钢中M（马氏体）量决定。因此，为了获得目标硬度，在成分设计中同时确保〔C〕和完全M量是重要的。

将〔C〕＝0.10%～0.30%的多种钢板淬火而产生了完全M组织后测定了表面硬度。在确定目标硬度HBW分别≥361和≥477的同时，决定控制最低的〔C〕分别为0.14%和0.26%。

为了用DI评价钢的淬透性，将开发最大目标厚度32mm钢板能获得完全M组织作为前提进行了研究。并调查了不同化学成分的钢获得完全M组织的临界冷速。结果表明，在最大目标板厚32mm的冷速下，只有确保DI≥45mm，才能在淬火后获得完全M组织。并且，在耐磨钢板内高硬度钢上，为了防止容易产生的延迟断裂和淬裂，应尽量减轻其热处理应变，即适当控制冷却速度和终冷温度。

以Nb、Ti、V为代表的微合金化元素，通过固溶原子的拖曳作用和沉淀物的阻塞作用，促进了A晶粒的细化；而且，其向A中的固溶还有提高钢淬透性的效果。在进行能获得这些效果的合金设计时，还研究了如何控制连铸板坯加热温度、控轧与热处理以细化A晶粒的问题。

由于使用了上述的A晶粒细化技术，使原来粗大到40～50μm的原始A晶粒细化到约20μm以下。进一步从在－196℃实施夏比冲击试验中、人为产生脆性断裂时的断面显微组织观察可知，较之原来钢，开发钢的凹凸不平变小了，这是支配韧性的晶包尺寸变细的结果。因此可以确认晶包尺寸随原始A晶粒的细化而变小。

关于原始A晶粒尺寸对－40℃夏比冲击吸收能（VE－40℃)的影响研究表明，所开发的0.15%C－M钢因采用了微合金化和TMCP（即控冷控轧）技术，使钢的原始A晶粒细化到20μm，从而使VE－40℃大幅提高到了175～180J（即使细化到30μm也有90～98J）；而原来钢因原始A晶粒尺寸为30～50μm，故其VE－40℃仅有大约20～45J（仅为开发钢最高值的大约1/8～1/4、最低值的1/4～1/2）。这表明，只要采取措施将开发钢的原始A晶粒细化到30μm甚至20μm以下，即可大幅改善低温韧性。

3 开发钢板性能

为了查明开发钢板的焊接性能，分别采用厚度19mm的360LE和20mm的500LE钢板进行了Y型坡口焊接冷裂试验。结果表明，无论是在哪种预热温度下进行焊接，两种钢板都没有产生表面和内部等焊裂纹，从而显示了优良的焊接性能。

360LE与500LE钢板的布氏硬度与夏比冲击试验结果表明，两种钢的硬度HBW10/3000分别为361～440和477～556，都与原来钢相当；然而，两种开发钢板的低温冲击吸收能V　　E－40℃却分别高达45～70J和45J左右，远高于原来钢的20J左右。这表明开发钢板的硬度高且低温韧性优良；是世界上最先确保－40℃低温韧性的产品，可用于寒冷地区；由于提高了耐冲击损伤性，可实现工程机械部件材料的长寿命化。

由于本开发钢板采用了以Nb、V、Ti为主的微合金化技术和超级在线高速冷却为代表的形变热处理.控制热处理技术，使780MPa级高强度钢板780LE的低温韧性获得了极大提高。

780LE钢板的TS（抗拉强度）与原来钢相当，都大约为820～840MPa；其YS（屈服强度）为750～810MPa，略高于原来钢的750～775MPa。关键是780LE钢板的低温冲击性能量化指标VE－40℃＝230～270J（均值250J），其特点是波动范围小，说明性能稳定；而且，在板厚12～32mm范围内，越厚的钢板韧性越高。而原来钢板的VE－40℃仅为60～100J，按均值计算仅为开发钢板的1/3；且在板厚18～40mm范围内，其韧性值随厚度的上升而下降。

4 结语

在工程机械用耐磨钢板和高强度钢板领域，在世界上首先保证了－40℃低温韧性的JFE－EH360LE/500LE和JFE－HITEN780LE(LE系列）开发钢板，除可在寒冷地区使用之外，其耐冲击性和安全性也优良，且因适度降低了Ceq值而具有优良的焊接施工性。

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