。600 北京科技大学学报 第32卷 MCP工艺和直接淬火工艺有了很大发展，可以简 低（一40℃冲击功小于25】.Ch等研究了此 化生产工艺，降低碳和合金元素含量，提高工程机械 类钢中TTMO和TN组合对强度的贡献，结果 高强度结构用钢的综合性能，如美国利用MCP工艺 得出(T,iM9C析出贡献最大，并且其纳米级尺寸 发展了含C高强度低合金钢HSA-100(oa2=690 稳定性高.目前国内也有一些关于高强度工程机械 MP9,并用来取代H80~100在没有明显降低强 结构用钢的研究，但多集中于屈服强度在1000MPa 度的情况下，改善了韧性和焊接性能，Gho4以下(Q90.Q800等)的开发和研究上-m.本文结 等9采用低C质量分数为0.08%)微合金化工艺 合前人的相关研究，设计了一种低碳Mn-MoNb 的同时，添加质量分数3.46%的M0和1.889%的 C-B系超高强度工程机械结构用钢，并采用两种工 Cu通过MCP红艺获得了屈服强度达1300MP的 艺（分别称之为工艺1、2图1）进行了实验室试制. 超高强度钢，但是延伸率(12%~16%)和冲击功偏 1250℃，保温2h 四 1250℃.保温2h (b) 1100 930 沙 780 回火 水冷15℃/ 450 空冷 直接淬火（水淬） 时间 图1两种工艺热轧及冷却制度示意图.（号工艺1MCP+T(工艺2R+DQ+T Fg 1 Schemnatic diagrams of hot rolling and heat treament of the wo Processes (a Pocess 1,TMP-T (b Process2 CR+DQ 的主要思路是：降低碳含量，改善韧性和焊接性能， 1实验材料和方法 添加适量合金元素，以保证得到满足性能要求的组 1.1化学成分 织.主要成分如表1所示. 实验用钢是在真空感应电炉治炼，其成分设计 表1实验钢的主要成分（质量分数） Table I Main chemical composition of the expermental steel % 分 Mn Mo Nb V 不 Ni Cu P 006 024 1.8 0.3 0045 0067 0012 0.79 0.8 00014.0005 0.008 1.2实验工艺 块钢，在箱式电阻炉内进行七个温度段的回火 1.21热轧工艺及冷却制度 (450.500.550600.620.650和700℃)，保温1h后 将钢锭热锻成90nmmX90mmX120mm的热轧 空冷至室温，再将钢块机加工成标准拉伸样和冲 坯，在北京科技大学高效轧制国家工程研究中心 击样. 350试验轧机上进行了轧制，经过7道次，轧成厚 13性能测试和组织结构观察设备 13m的钢板.根据实验钢化学成分特点，将加热温 在MT-4105型万能试验机和B-30B型冲击 度确定为1250℃，保温时间为2h将钢板的轧制分 试验机上进行力学性能测试.用IEO1450型扫描 为两个阶段来控制轧制，粗轧开轧温度为1100℃， 电镜对组织演化过程进行观察，并将部分试样制备 粗轧三道次轧制温度控制在1000℃以上，精轧阶段 成萃取碳复型和金属薄膜样品，用EM-2000X型 的开轧温度控制在950℃以下，终轧温度850℃，精 透射电镜和回M2010型高分辨电子显微镜对精细 轧压下率大于6O%.对于MCP工艺轧后空冷到 结构和析出物进行观察和分析. 780℃，然后水冷至450℃.对于CR+DQ工艺，轧后空 冷到80℃，然后直接淬火至室温，如图1所示. 2实验结果 1.22热处理工艺 2.1热处理前后的力学性能变化 从轧后(MCB1和(CR+DQ2钢板各取七 从图2可以看出，工艺2条件下钢轧态的抗拉北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 TMCP工艺和直接淬火工艺有了很大发展, 可以简 化生产工艺, 降低碳和合金元素含量, 提高工程机械 高强度结构用钢的综合性能, 如美国利用 TMCP工艺 发展了含 Cu高强度低合金钢 HSLA--100 ( σ0.2 =690 MPa), 并用来取代 HY80 ～ 100, 在没有明显降低强 度的情况下, 改善了韧性 和焊接性能 [ 4] .Ghosh 等 [ 5] 采用低 C(质量分数为 0.08%)微合金化工艺 的同时, 添加质量分数 3.46%的 Mo和 1.88%的 Cu, 通过 TMCP工艺获得了屈服强度达 1300 MPa的 超高强度钢, 但是延伸率 ( 12% ～ 16%)和冲击功偏 低 ( -40 ℃冲击功小于 25 J) .Chen等 [ 6] 研究了此 类钢中 Ti、Ti--Mo和 Ti--Nb组合对强度的贡献, 结果 得出 ( Ti, Mo) C析出贡献最大, 并且其纳米级尺寸 稳定性高 .目前国内也有一些关于高强度工程机械 结构用钢的研究, 但多集中于屈服强度在 1 000 MPa 以下 ( Q690、Q800等 )的开发和研究上 [ 7--10] .本文结 合前人的相关研究, 设计了一种低碳 Mn--Mo--Nb-- Cu--B系超高强度工程机械结构用钢, 并采用两种工 艺 (分别称之为工艺 1、2, 图 1)进行了实验室试制 . 图 1 两种工艺热轧及冷却制度示意图.( a) 工艺 1, TMCP+T;( b) 工艺 2, CR+DQ+T Fig.1 Schematicdiagramsofhot-rollingandheattreatmentofthetwoprocesses:(a) Process1, TMCP+T;( b) Process2, CR+DQ 1 实验材料和方法 1.1 化学成分 实验用钢是在真空感应电炉冶炼, 其成分设计 的主要思路是 :降低碳含量, 改善韧性和焊接性能, 添加适量合金元素, 以保证得到满足性能要求的组 织.主要成分如表 1所示. 表 1 实验钢的主要成分 (质量分数 ) Table1 Mainchemicalcompositionoftheexperimentalsteel % C Si Mn Mo Nb V Ti Ni Cu B S P 0.06 0.24 1.8 0.3 0.045 0.067 0.012 0.79 0.8 0.001 4 0.005 0.008 1.2 实验工艺 1.2.1 热轧工艺及冷却制度 将钢锭热锻成 90 mm×90 mm×120 mm的热轧 坯, 在北京科技大学高效轧制国家工程研究中心 350试验轧机上进行了轧制, 经过 7 道次, 轧成厚 13 mm的钢板 .根据实验钢化学成分特点, 将加热温 度确定为 1250℃, 保温时间为 2h.将钢板的轧制分 为两个阶段来控制轧制, 粗轧开轧温度为 1 100 ℃, 粗轧三道次轧制温度控制在 1000℃以上, 精轧阶段 的开轧温度控制在 950 ℃以下, 终轧温度 850 ℃, 精 轧压下率大于 60%.对于 TMCP工艺, 轧后空冷到 780 ℃,然后水冷至 450℃.对于 CR+DQ工艺, 轧后空 冷到 780℃, 然后直接淬火至室温,如图 1所示. 1.2.2 热处理工艺 从轧后 ( TMCP) 1 #和 ( CR+DQ) 2 #钢板各取七 块钢, 在箱式电阻炉内进行七个温度段的回火 ( 450、500、550、600、620、650和 700 ℃), 保温 1 h后 空冷至室温, 再将钢块机加工成标准拉伸样和冲 击样 . 1.3 性能测试和组织结构观察设备 在 CMT--4105型万能试验机和 JB--30B型冲击 试验机上进行力学性能测试.用 LEO--1450型扫描 电镜对组织演化过程进行观察, 并将部分试样制备 成萃取碳复型和金属薄膜样品, 用 JEM--2000FX型 透射电镜和 JEM--2010型高分辨电子显微镜对精细 结构和析出物进行观察和分析. 2 实验结果 2.1 热处理前后的力学性能变化 从图 2可以看出, 工艺 2 条件下钢轧态的抗拉 · 600·