屈服強度690MPa級橋梁用結構鋼板及其生產方法
【技術領域】
[OOOU 本發明屬于冶金工業中橋梁用結構鋼技術領域，具體設及一種屈服強度690MPa 級橋梁用結構鋼板及其生產方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國交通建設的飛速發展，橋梁的跨徑、運營荷載、行車速度等均在逐步提 高，因而對橋梁鋼提出更高的技術要求。順應橋梁工程發展需要的高強高初、優異焊接性 能、抗疲勞性能W及良好耐候性能的高性能橋梁鋼將是其發展的主要方向。使用強度級別 高的鋼材能夠較好地滿足大跨度鋼橋或某些受力大的結構需求，減輕鋼板厚度和減少普通 強度級別鋼材的用量，在滿足使用要求的同時能夠降低橋梁自重，從而實現大跨度化、減少 焊縫和節點W及改善作業性能；同時，從提高橋梁鋼焊接性能的角度出發，還要求降低橋梁 鋼的碳當量和焊接裂紋敏感系數來提高焊接性能。而優異的焊接性能能夠實現焊前不預熱 和焊后不需要熱處理，簡化焊接工藝，降低成本。
[0003] 經檢索，申請號為201110123433. 2的中國發明專利公開了一種橋梁結構鋼及其 生產方法，所得的橋梁結構鋼的化學成分按重量計包含；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,其余為鐵和不可避免的雜質，Ais表示酸溶侶。該發明鋼板的 屈服強度不低于370MPa，抗拉強度不低于SlOMPa，屈強比不高于0. 75,斷后伸長率不低于 30%，-40°C縱向AKV不低于240J，能滿足高速復線鐵路橋梁的制造要求，也可推廣用于建 筑、交通、海洋平臺等工程結構。該發明的不足之處在于強度過低，同時碳含量過高，碳含量 的升高會增加鋼板的碳當量，難W保證鋼板良好的焊接性能。
[0004] 申請號為201210239313. 3的中國發明專利公開了一種超寬薄規格橋梁用結構鋼 板及其生產方法，所述超寬薄規格橋梁用結構鋼板的化學成分按重量計包含；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,其余為鐵和不可避免的雜質。該發明方法包括W下步驟：冶煉和鑄造，在冶 煉和鑄造過程中，采用轉爐或電爐冶煉，鑄造采用連鑄或模鑄。一方面，該發明的鑄造的 成本較高，另一方面，生產的鋼板屈服強度僅為350~400MPa，同時含碳量高達0. 12 %~ 0. 17%。
[0005] 對已公開的專利和文獻分析發現，目前橋梁用結構鋼主要存在兩個問題；一是強 度級別較低，多集中于500MPaW下橋梁鋼的研究；二是發明鋼種的含碳量高，該嚴重影響 了橋梁鋼的可焊接性，增加了橋梁建造成本。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是解決現有技術的不足，提供一種屈服強度690MI^a級橋梁用結構 鋼板及其生產方法，w連鑄巧為基礎，通過合理控制鋼板成分、軸制工藝、冷卻工藝和調質 工藝的方法來生產制造焊接性能良好屈服強度為690MI^a橋梁用結構鋼板。本發明的突出 優勢在于大大提高了橋梁鋼的屈服強度，減輕鋼板厚度和減少普通強度級別鋼材的用量， 在滿足使用要求的同時能夠降低橋梁自重，從而實現橋梁大跨度化，另一方面在提高橋梁 鋼屈服強度的同時，還大大降低了Pcm和CEV，改善了橋梁鋼的焊接性能，簡化了焊接工藝。
[0007] 為實現上述目的，本發明所設計的屈服強度690MI^a級橋梁用結構鋼板，其化學 成分的重量百分數為；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%，其余為化及不可避免的夾雜， 為了保證本發明中橋梁用鋼獲得良好的焊接性能和強初性能，其化學成分還需要滿足；焊 接裂紋敏感性組合化m《0. 22,碳當量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和化復合添加的情況下，更利于提高鋼的澤透性，但立者的含量 過高又會導致鋼的初性降低，研究表明l〇C+4Mn+化<6. 5時，試驗鋼的澤透性不夠，較 厚的鋼板在調質時，往往不能得到較好的馬氏體組織，導致調質后鋼板強度不足；而當 10C+4Mn+&^. 5時，試樣鋼的澤透性較好，但試驗鋼的初性不足，往往導致沖擊功不合；同 時，本發明鋼還通過嚴格控制Pcm值和碳當量CEV來有效的改善焊接性能。
[0011] 作為優選方案，所述鋼板化學成分的重量百分數為；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 %，其余為化及不可避免的夾雜；并且，滿足焊接裂紋敏感性組合Pcm《0. 22,碳當量 CEV《0. 50,10C+4Cr+Cu= 6. 5 ~7. 5。
[0012] 作為更優選方案，所述鋼板化學成分的重量百分數為；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 %，其余為化及不可避免的夾雜。
[001引作為優選方案，所述鋼板屈服強度氏1> 690MPa，抗拉強度Rm> 770MPa，延伸率A> 18%，-40°C低溫沖擊性能> 100J。
[0014] 上述屈服強度690MI^a級橋梁用結構鋼板的生產方法，包括如下步驟：
[0015] 1)按照所述化學成分的重量百分數配比進行冶煉，控制鋼水中合金含量并連鑄成 巧；
[0016] 2)將步驟1)中得到的鑄巧加熱并保溫，加熱溫度控制在1180~1220°C，保證在 爐時間為250~400min，在溫度為1180~1220°C下保溫60~70min;
[0017]扣分段軸制：
[001引粗軸追制粗軸開軸溫度為1100~1180。粗軸道次壓下率> 15%，粗軸結束溫 度>loocrc;
[0019] 精軸；控制精軸開軸溫度為850~870°C，精軸后S道累計壓下率> 50%，精軸結 束溫度為810~830°C;
[0020] 4)冷卻；終軸后進行冷卻，開始冷卻溫度控制在750~820。冷卻速度為3~ 9°C/s；
[0021] 5)調質處理；
[0022] 澤火；澤火溫度為900~940°C，保溫時間為40~90min;
[002引 高溫回火；回火溫度為590~640°C，在爐時間為60~120min。
[0024] 作為優選方案，所述步驟5)中，澤火時保溫時間為板厚加25~40min，回火時保 溫時間為板厚加45~60min。例如制造板厚為16mm的鋼板，則澤火時保溫時間為41~ 56min，回火時保溫時間為61~76min。
[0025] 本發明中各元素及主要工序的作用：
[0026] 本發明中C是提高鋼材強度最有效、最經濟的元素，隨著碳含量的增加，鋼的強度 和澤透性也隨著大幅度增加，但同時碳含量的增加會導致鋼板延伸率和初性下降，焊接性 能減弱，綜合考慮鋼的強度和初性，并考慮降低碳當量來提高焊接性能，將C含量的取值范 圍定為0.040~0.080%。
[0027] 本發明中Si是煉鋼脫氧的必要元素，可W提高鋼的強度，降低鋼中石墨化傾向， 但同時會顯著惡化鋼的初性和焊接熱影響區的初性，因此，將Si的含量控制在較低水平： 0. 20 ~0. 25%。
[002引本發明中在降低C含量的情況下，Mn是最重要的強初化元素，它可W提高鋼的澤 透性，促進貝氏體/馬氏體組織的形成，經驗表明；1 %的Mn大約可W提高lOOMPa的抗拉強 度，但Mn含量過高易導致成分和組織偏析。綜合考慮，Mn含量設計為1. 55~1. 65%。
[0029] 本發明中化，Ni;化和Ni均為奧氏體形成元素，促進了奧氏體形成和穩定化，提高 鋼板抗拉強度。Cu的加入可W提高鋼的耐蝕性、強度，改善實驗鋼的焊接性和機械加工性 能。Ni的添加同時改善鋼的低溫初性，但Ni含量過高會惡化鋼板的焊接性能。鋼中的銅 能明顯地與加入的棚起綜合作用，銅與棚聯合加入會進一步抑制貝氏體轉變前的鐵素體形 成，能夠在調質時更易得到馬氏體組織。但化含量過高會引起鋼的熱脆現象，惡化鋼板表 面質量。一定量的Ni和化配合加入可W改善該種現象。因此控制Ni含量0. 20~0. 30%， Cu含量 0.30 ~0.40%。
[0030] 本發明中化是一種能有效提高鋼板強度和澤透性的元素，它能使鐵素體相變明 顯右移，拓寬貝氏體相變的冷速區間，促進中溫轉變組織的形成，但同時當&含量過高時， 會顯著減低基材和熱影響區的初性，同時C、Cu和Cr復合添加的情況下，更利于提高鋼的澤 透性，但=者的含量過高又會導致，試樣的初性降低，&含量0. 25~0. 35%。
[0031] 本發明中Mo能明顯提高澤透性，從而有利于馬氏體的形成。但Mo含量高于0.4% 時，會提高鋼板冷裂紋敏感性，降低焊接性能，同時會促進HAZ區域形成粗大的下貝氏體組 織，使得HAZ性能大幅度下降。Mo含量0. 25~0. 30%。
[0032] 本發明中Nb是強碳、氮化物形成元素，它可W形成細小的碳化物和氮化物，抑制 高溫區奧氏體晶粒的長大。在軸制過程中的奧氏體再結晶溫度區域內，Nb的碳、