屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板及其生产方法
【技术领域】
[OOOU 本发明属于冶金工业中桥梁用结构钢技术领域,具体设及一种屈服强度690MPa 级桥梁用结构钢板及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国交通建设的飞速发展,桥梁的跨径、运营荷载、行车速度等均在逐步提 高,因而对桥梁钢提出更高的技术要求。顺应桥梁工程发展需要的高强高初、优异焊接性 能、抗疲劳性能W及良好耐候性能的高性能桥梁钢将是其发展的主要方向。使用强度级别 高的钢材能够较好地满足大跨度钢桥或某些受力大的结构需求,减轻钢板厚度和减少普通 强度级别钢材的用量,在满足使用要求的同时能够降低桥梁自重,从而实现大跨度化、减少 焊缝和节点W及改善作业性能;同时,从提高桥梁钢焊接性能的角度出发,还要求降低桥梁 钢的碳当量和焊接裂纹敏感系数来提高焊接性能。而优异的焊接性能能够实现焊前不预热 和焊后不需要热处理,简化焊接工艺,降低成本。
[0003] 经检索,申请号为201110123433. 2的中国发明专利公开了一种桥梁结构钢及其 生产方法,所得的桥梁结构钢的化学成分按重量计包含;C;0. 11~0. 16%、Si;0. 10~ 0. 45%、Mn;1. 35 ~1. 70%、S《0. 010%、P《0. 020%、佩;0. 025 ~0. 060%、Ti;0. 008 ~ 0. 030%、V;0. 025 ~0. 080%、Ni;0. 10 ~0. 50%、Als;0. 015 ~0. 060%、N《40X10-6、 0《40Xl(r6、2X10^6,其余为铁和不可避免的杂质,Ais表示酸溶侣。该发明钢板的 屈服强度不低于370MPa,抗拉强度不低于SlOMPa,屈强比不高于0. 75,断后伸长率不低于 30%,-40°C纵向AKV不低于240J,能满足高速复线铁路桥梁的制造要求,也可推广用于建 筑、交通、海洋平台等工程结构。该发明的不足之处在于强度过低,同时碳含量过高,碳含量 的升高会增加钢板的碳当量,难W保证钢板良好的焊接性能。
[0004] 申请号为201210239313. 3的中国发明专利公开了一种超宽薄规格桥梁用结构钢 板及其生产方法,所述超宽薄规格桥梁用结构钢板的化学成分按重量计包含;C;0. 12~ 0. 17%、Si;0. 20 ~0. 45%、Mn;1. 25 ~1. 50%、S《0. 010%、P《0. 020%、佩;0. 010 ~ 0. 040 %、Ti;0. 008 ~0. 030 %、Als;0. 015 ~0. 050 %、N《40X1〇-6、0《20X1〇-6、 2X10^6,其余为铁和不可避免的杂质。该发明方法包括W下步骤:冶炼和铸造,在冶 炼和铸造过程中,采用转炉或电炉冶炼,铸造采用连铸或模铸。一方面,该发明的铸造的 成本较高,另一方面,生产的钢板屈服强度仅为350~400MPa,同时含碳量高达0. 12 %~ 0. 17%。
[0005] 对已公开的专利和文献分析发现,目前桥梁用结构钢主要存在两个问题;一是强 度级别较低,多集中于500MPaW下桥梁钢的研究;二是发明钢种的含碳量高,该严重影响 了桥梁钢的可焊接性,增加了桥梁建造成本。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是解决现有技术的不足,提供一种屈服强度690MI^a级桥梁用结构 钢板及其生产方法,w连铸巧为基础,通过合理控制钢板成分、轴制工艺、冷却工艺和调质 工艺的方法来生产制造焊接性能良好屈服强度为690MI^a桥梁用结构钢板。本发明的突出 优势在于大大提高了桥梁钢的屈服强度,减轻钢板厚度和减少普通强度级别钢材的用量, 在满足使用要求的同时能够降低桥梁自重,从而实现桥梁大跨度化,另一方面在提高桥梁 钢屈服强度的同时,还大大降低了Pcm和CEV,改善了桥梁钢的焊接性能,简化了焊接工艺。
[0007] 为实现上述目的,本发明所设计的屈服强度690MI^a级桥梁用结构钢板,其化学 成分的重量百分数为;C;0. 040 ~0. 080%,Si;0. 20 ~0. 25%,Mn;1. 50 ~1. 65%,P; 《0. 010%,S;《0. 005%,佩;0. 040 ~0. 050%,Ti;0. 006 ~0. 018%,化;0. 25 ~0. 35%, Mo;0. 25~0. 30%,Cu;0. 30~0. 40%,Ni;0. 20~0. 30%,其余为化及不可避免的夹杂, 为了保证本发明中桥梁用钢获得良好的焊接性能和强初性能,其化学成分还需要满足;焊 接裂纹敏感性组合化m《0. 22,碳当量CEV《0. 50,10C+4化+化=6. 5~7. 5 ;其中,
[0008] Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+地,
[0009] CEV=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Ni+Cu)/15。
[0010] 其中,C、Mn和化复合添加的情况下,更利于提高钢的泽透性,但立者的含量 过高又会导致钢的初性降低,研究表明l〇C+4Mn+化<6. 5时,试验钢的泽透性不够,较 厚的钢板在调质时,往往不能得到较好的马氏体组织,导致调质后钢板强度不足;而当 10C+4Mn+&^. 5时,试样钢的泽透性较好,但试验钢的初性不足,往往导致冲击功不合;同 时,本发明钢还通过严格控制Pcm值和碳当量CEV来有效的改善焊接性能。
[0011] 作为优选方案,所述钢板化学成分的重量百分数为;C;0. 042~0.065%,Si: 0. 21 ~0.24%,Mn; 1.52 ~1.54%,P0.010%,S0.005%,佩;0. 045 ~0.050%,Ti; 0.Oil~0. 018%,Cr;0. 28 ~0. 33%,Mo;0. 25 ~0. 30%,Cu;0.:M~0. 37%,Ni;0. 25 ~ 0. 30 %,其余为化及不可避免的夹杂;并且,满足焊接裂纹敏感性组合Pcm《0. 22,碳当量 CEV《0. 50,10C+4Cr+Cu= 6. 5 ~7. 5。
[0012] 作为更优选方案,所述钢板化学成分的重量百分数为;C;0. 061%,Si;0. 22%, Mn;1. 53%,P;《0. 010%,S;《0. 005%,Nb;0. 047%,Ti;0. 015%,Cr;0. 32%,Mo; 0. 25 %,Cu;0. 36 %,Ni;0. 28 %,其余为化及不可避免的夹杂。
[001引作为优选方案,所述钢板屈服强度氏1> 690MPa,抗拉强度Rm> 770MPa,延伸率A> 18%,-40°C低温冲击性能> 100J。
[0014] 上述屈服强度690MI^a级桥梁用结构钢板的生产方法,包括如下步骤:
[0015] 1)按照所述化学成分的重量百分数配比进行冶炼,控制钢水中合金含量并连铸成 巧;
[0016] 2)将步骤1)中得到的铸巧加热并保温,加热温度控制在1180~1220°C,保证在 炉时间为250~400min,在温度为1180~1220°C下保温60~70min;
[0017]扣分段轴制:
[001引粗轴追制粗轴开轴温度为1100~1180。粗轴道次压下率> 15%,粗轴结束温 度>loocrc;
[0019] 精轴;控制精轴开轴温度为850~870°C,精轴后S道累计压下率> 50%,精轴结 束温度为810~830°C;
[0020] 4)冷却;终轴后进行冷却,开始冷却温度控制在750~820。冷却速度为3~ 9°C/s;
[0021] 5)调质处理;
[0022] 泽火;泽火温度为900~940°C,保温时间为40~90min;
[002引 高温回火;回火温度为590~640°C,在炉时间为60~120min。
[0024] 作为优选方案,所述步骤5)中,泽火时保温时间为板厚加25~40min,回火时保 温时间为板厚加45~60min。例如制造板厚为16mm的钢板,则泽火时保温时间为41~ 56min,回火时保温时间为61~76min。
[0025] 本发明中各元素及主要工序的作用:
[0026] 本发明中C是提高钢材强度最有效、最经济的元素,随着碳含量的增加,钢的强度 和泽透性也随着大幅度增加,但同时碳含量的增加会导致钢板延伸率和初性下降,焊接性 能减弱,综合考虑钢的强度和初性,并考虑降低碳当量来提高焊接性能,将C含量的取值范 围定为0.040~0.080%。
[0027] 本发明中Si是炼钢脱氧的必要元素,可W提高钢的强度,降低钢中石墨化倾向, 但同时会显著恶化钢的初性和焊接热影响区的初性,因此,将Si的含量控制在较低水平: 0. 20 ~0. 25%。
[002引本发明中在降低C含量的情况下,Mn是最重要的强初化元素,它可W提高钢的泽 透性,促进贝氏体/马氏体组织的形成,经验表明;1 %的Mn大约可W提高lOOMPa的抗拉强 度,但Mn含量过高易导致成分和组织偏析。综合考虑,Mn含量设计为1. 55~1. 65%。
[0029] 本发明中化,Ni;化和Ni均为奥氏体形成元素,促进了奥氏体形成和稳定化,提高 钢板抗拉强度。Cu的加入可W提高钢的耐蚀性、强度,改善实验钢的焊接性和机械加工性 能。Ni的添加同时改善钢的低温初性,但Ni含量过高会恶化钢板的焊接性能。钢中的铜 能明显地与加入的棚起综合作用,铜与棚联合加入会进一步抑制贝氏体转变前的铁素体形 成,能够在调质时更易得到马氏体组织。但化含量过高会引起钢的热脆现象,恶化钢板表 面质量。一定量的Ni和化配合加入可W改善该种现象。因此控制Ni含量0. 20~0. 30%, Cu含量 0.30 ~0.40%。
[0030] 本发明中化是一种能有效提高钢板强度和泽透性的元素,它能使铁素体相变明 显右移,拓宽贝氏体相变的冷速区间,促进中温转变组织的形成,但同时当&含量过高时, 会显著减低基材和热影响区的初性,同时C、Cu和Cr复合添加的情况下,更利于提高钢的泽 透性,但=者的含量过高又会导致,试样的初性降低,&含量0. 25~0. 35%。
[0031] 本发明中Mo能明显提高泽透性,从而有利于马氏体的形成。但Mo含量高于0.4% 时,会提高钢板冷裂纹敏感性,降低焊接性能,同时会促进HAZ区域形成粗大的下贝氏体组 织,使得HAZ性能大幅度下降。Mo含量0. 25~0. 30%。
[0032] 本发明中Nb是强碳、氮化物形成元素,它可W形成细小的碳化物和氮化物,抑制 高温区奥氏体晶粒的长大。在轴制过程中的奥氏体再结晶温度区域内,Nb的碳、