項目來源“80-120Kg級工程機械用焊接高強鋼的研發與生產工藝控制研究”來源于北京科技大學與萊蕪鋼鐵有限公司的合作。

　　項目背景

　　工程機械行業是機械工業的重要組成部分。目前工程機械行業的產品按照原國家“十五”規劃分為18大類、288個系列，近5000個規格型號，主要包括挖掘機械、鏟土運輸機械、工程起重機械、礦山機械、叉車及工業車輛、混凝土機械、樁工機械、路面機械、壓實機械、鑿巖機械、氣動工具、裝修機械、市政與環衛機械、鐵路線路機械、鋼筋和預應力機械、電梯與扶梯、專用零部件等。其中挖掘機械、鏟土運輸機械、混凝土機械和叉車是四大主力產品。

　　工程機械產品廣泛應用于國民經濟各部門，其中主要有交通運輸(公路、鐵路、港口、機場)、能源(石油、煤炭、電站、管線等)、原材料(鋼鐵、有色金屬、建筑材料、化工原料等礦山的開采)、農用水利(江河治理、林業、調水工程等)、城鄉建設及國防建設六大領域。

　　工程機械全行業每年用鋼量在450萬t左右，其中裝載機用鋼量最大，在140萬t左右，其次是挖掘機、電梯、塔吊等，材質以16Mn板材最多，其余各種級別的低碳合金高強板也有不少使用，另外還有少量工程機械專用耐磨材料，如鏟刃、履帶板、驅動輪等用鋼。調查表明，6-14mm厚度高強機械用鋼年需求總量為50000-60000噸，目前只有20000噸的生產能力，缺口較大。

　　目前，國內工程機械用高強度鋼的常用較高級別為80Kg、100Kg級，常用規格為16mm、20mm、25mm和30mm，作為煤機、挖掘機等的液壓支架使用，鑒于工程機械行業的特殊性，鋼材強度指標要求越來越高，目前煤機行業已經大量使用70Kg(680MPa)和80Kg(780MPa)級別及以上鋼材，而且是優先選用屈強比合理的熱處理產品，市場需求極為旺盛，但是由于國內鋼廠的生產能力不強，產品不同程度地存在表面質量差、成型時易開裂等問題，所以這些級別的鋼材有相當一部分依賴進口。工程機械行業對70Kg和80Kg級常用高強鋼的用量較大，年需求量約為40余萬噸，但具有批量供貨能力且產品質量穩定的企業較少，因而缺口較大。

　　工程機械用鋼板基本上有兩大類一是焊接高強度鋼板，二是高硬度高耐磨損板。 對鋼材的要求除一般的強度、鋼度、焊接性能等外，還應具有耐磨性、耐沖擊性、耐疲勞性能、低溫韌性、耐腐蝕性。

　　機械制造業焊接結構用鋼占用鋼量45%左右，焊接高強度鋼用于工程機械的主要結構，承受復雜多變的周期載荷，因此要求鋼材具有高的屈服強度和疲勞極限，良好沖擊韌性、冷成形性和優良的焊接性能。隨著工程機械向大型化和輕型化方向發展，又要求節省能源和延長壽命，所以要求鋼材更高的強度級別，板厚由6mm至50mm，甚至達200mm，強度由400MPa至1200MPa，使用狀態包括熱軋、正火、調質、時效等不同類型。

　　因為材料的磨損每年使全世界的鋼材喪失達2000萬噸以上，所以目前各國都十分重視低合金耐磨損鋼的開發。高硬度高耐磨鋼主要用于工程機械的耐磨部件，如裝載機的斗板，翻斗車的襯底板、挖掘機的鏟齒，要求鋼材的表面硬度有HB235~600的不同級別，所以這類鋼往往是以淬火+回火調質狀態交付使用，并按實際使用硬度和板厚來選擇鋼種和牌號。

　　在鋼的生產技術方面，前一類在包括強度的同時，要提高韌性，為此要以較低碳含量和焊接碳當量，著眼于鋼的合金化和熱處理工藝;后一類不講究高的焊接性，注重鋼的固溶強化機制和硬質析出相的晶體結構類型及在鋼中的彌散分布。

　　國外工程機械用鋼發展比較早，已形成了一系列的成熟產品。如日本的Wel-ten系列，美國的HY，HSLA系列，瑞典SSAB的WELDOX、HARDOX系列高硬度，高強度耐磨鋼板系列等。當前世界范圍內，僅有瑞典SSAB公司可批量穩定生產的110kg產品的規格范圍在4～100mm，具有世界領先水平，尤其是該公司生產12mm及以下薄規格高強度板的知名度遠勝于德國迪林根和日本的一些著名鋼鐵企業。國內研發高強鋼的企業一般都把其公司標準作為各自的研發標準。

　　目前新日鐵大分、新日鐵君津、浦項3#厚板廠均全部使用新型立式連鑄機的最大鑄坯厚度達到400mm，名古屋厚板廠預留了生產600mm厚度板坯的能力，坯料單重均在35t以上。而我國高強鋼連鑄板坯厚度多為180~330mm，單重受限，軋制壓縮比不高，加上熱處理工藝較為復雜，特別是調質用鋼的生產更加困難，所以我國生產所有需求規格的高強鋼目前尚有困難。

　　國內工程機械用鋼開發和生產比較晚，國內以前以Q235和16Mn為主，其他強度級別的需要進口，現各大鋼鐵企業也在研制低合金高強度鋼，目前600MPa級以上工程機械用中厚板的生產企業主要有舞鋼、鞍鋼、濟鋼、浦鋼、武鋼、南鋼等企業，由于舞鋼、鞍鋼是老牌的高強用鋼生產廠家，產品質量、性能較好，市場占有率較高，但交貨周期較長;濟鋼、武鋼、浦鋼為后起之秀。目前國內80kg及以上的工程機械研發和生產都存在一定的問題。

　　山推和徐工需求情況

　　(1)目前山推使用的最高級別工程機械用鋼是100kg工程機械用鋼，在出口產品鏟斗的鏟刃部位使用，在國內銷售的產品鏟斗的鏟刃部位使用80kg工程機械用鋼。開始山推在濟鋼和鞍鋼采購100kg工程機械用鋼，后來因為表面質量問題，以及加工后鋼板強度下降幅度大，目前山推使用的100kg工程機械用鋼是通過合資股東小松在日本采購，使用量每年在1000-2000噸左右。80Kg年用量6000噸左右。

　　(2)目前徐工使用的最高級別工程機械用鋼為110kg工程機械用鋼，主要在大型起重機的末端吊臂上使用，主要從瑞典采購，使用情況良好，板形、厚度公差、力學性能、表面質量都能滿足要求，每年110kg工程機械用鋼使用量在4000～5000噸左右。80Kg年用量1～2萬噸。

　　(3)東岳重工每年需求60kg、70kg及以上級工程機械用鋼年分別在3000~4000噸和4000~6000噸，其厚度在4~18mm之間，寬度1.25m以上。

　　技術特點在4300mm寬厚板生產線條件下，通過低成本的成分系統設計結合現場工藝配置，采用TMCP后以速率升溫、短時保溫、冷速水冷的離線快速淬火和回火熱處理工藝，生產出10~100mm的Q690D(80Kg)鋼板;采用常規軋制/TMCP軋制+在線淬火/離線淬火+高溫回火的生產工藝開發出低成本、性能優異，厚度16-40mm的Q890D(100Kg)高強度鋼板;采用TMCP+離線淬火+低溫回火的生產工藝開發出低成本、厚度16-40mm的Q960D(110Kg)和Q1030D(120Kg)超高強工程機械用鋼板。

　　申請專利及獲獎情況

　　申請《一種屈服強度690MPa級低合金高強鋼的熱處理工藝》

　　申請《屈服強度960MPa以上超高強度鋼板及其制造方法》

　　鑒定山東省科技廳主持鑒定，成果總體達到國際先進水平

　　應用行業及領域工程機械制造

　　經濟效益及市場分析

　　上述不同強度級別的工程機械用鋼實現了不同厚度規格的批量、穩定化生產，從2010年末到2012年上半年，批量生產的高強度工程機械用鋼(Q690D(80Kg)/Q890D(100Kg)/Q960D(110Kg))分別已應用到鄭州煤機和山東礦機的液壓支架，用戶反映實際使用效果良好。

　　技術前景機械制造業對高級別、高質量等級工程機械用鋼的需求日益強烈。隨著國內鋼結構產業、工程機械、礦山機械等行業蓬勃發展，高強度鋼板的需求量大大增加。國內只有舞陽、武鋼、鞍山、濟鋼等少數鋼鐵公司能批量生產70kg級高強鋼，造成高強鋼市場資源緊缺。隨著工程機械的大型化、輕量化，工程機械用鋼的強度級別也逐漸提高，由50kg、60kg級發展到100kg、110kg級，并且高強度鋼的用量也將越來越大。