一种屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板及其生产方法[工艺流程]

　　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、

　　氮化物可 W作为奥氏体晶粒形核核屯、；在非再结晶温度范围内，弥散分布的Nb的碳、氮化物可W有 效钉轴奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒进一步长大，从而细化铁素体晶粒，提高钢的强度和初 性。Nb含量过低导致会导致屈服强度不足，而Nb含量过高又会导致焊接冷却过程中焊接热 影响区出现M/A岛组织而恶化其性能。本试验钢中Nb的含量选定为；0. 035~0. 045%。

　　[0033] 本发明Ti也是一种强碳、氮化物形成元素，也能起到细化晶粒的作用。它能显著 提高钢的室温强度、高温强度和钢的初性。另外，Ti的氮化析出物能有效钉轴奥氏体晶界， 抑制奥氏体晶粒的长大，大大改善钢的焊接热影响区的低温初性。但是，过高的Ti含量会 导致钢的塑、初性降低。实验室研制过程中，Ti含量设计为；0. 006~0. 015%。

　　[0034] 本发明具有W下优点：

　　[0035] 第一，通过本发明工艺设计生产钢板的屈服强度为690MI^a桥梁用结构钢板，具 有良好的强初性，本发明钢板的屈服强度Rel> 690MPa，抗拉强度Rm> 770MPa，延伸率 A> 18%，-40°C低温冲击性能> 100J，与现有桥梁钢技术相比，大大提高了强度级别，目前 投入使用多为500MPa级别的桥梁钢；

　　[0036] 第二，本发明方法通过严格控制碳当量CEV《0. 50,Pcm《0. 22来提高钢板的焊 接性能，焊接后无需预热或预热温度不高于50°C，焊接后不需热处理，大大提高了焊接效率 和焊接质量，改善了桥梁钢的焊接性能，简化了焊接工艺；

　　[0037] 第=，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。

　　【附图说明】

　　[003引图1为实施例1生产的钢板组织的扫描电镜图。

　　[0039] 图2为实施例2生产的钢板组织的扫描电镜图。

　　[0040] 图3为实施例1生产的钢板冲击断口的扫描电镜图。

　　[0041] 图4为对比例1生产的钢板冲击断口的扫描电镜图。

　　[00创图5为16mm厚试验钢泽火态+回火态试样析出物的扫描电镜图。

　　【具体实施方式】

　　[0043] 下面结合附图对本发明予W详细描述：

　　[0044] 表1为本发明各实施例及对比例化学成分的取值列表；

　　[0045] 表2为本发明各实施例及对比例化学成分满足系数列表；

　　[0046] 表3为本发明各实施例及对比例主要工艺参数列表；

　　[0047] 表4为本发明各实施例及对比例的力学性能实验结果列表。

　　[0048] 本发明各实施例按照W下步骤生产：

　　[0049] 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；

　　[0化0] 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;

　　[0051]扣分段轴制：

　　[005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;

　　[0化3]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;

　　[0化4] 4)冷却；终轴后进行冷却，开始冷却温度控制在750~820°C，冷却速度为3~ 9°C/s；

　　[0化5] 5)调质处理；

　　[0056] 泽火；泽火温度为900~940°C，保温时间为40~90min;

　　[0化7] 高温回火；回火温度为590~640°C，在炉时间为60~120min。

　　[005引表1本发明各实施例及对比例化学成分的取值列表：

　　[0059]

　　[0060] 表2为本发明各实施例及对比例化学成分满足系数列表：

　　[0061]

　　[00创表3为本发明各实施例及对比例主要工艺参数列表;' '

　　[0063]

　　[0067] 通过表1至表3的数据可W看出，本发明中实施例1~5所炼制的钢种均满 足本发明钢板的性能指标；满足屈服强度Rei> 690MPa，抗拉强度Rm> 770MPa，延伸率 A> 18%，-20°C低温冲击性能> 100J，同时本发明钢的碳当量CEV《0. 50,Pcm《0. 22。

　　[0068] 通过表4可W看出，对比例1的l〇C+4Mn+化值高达8. 5,虽然其泽透性较好，但C、 Mn含量的增加导致了实验钢强度升高，冲击性能下降，同时其碳当量也较高严重影响了材 料的焊接性能；而对比例2由于10C+4Mn+化值比较低，其泽透性较差，甚至在钢板的局部区 域出现了贝氏体组织，导致钢板的强度较低。

　　[0069] 通过图1和图2可W看出，实施例1和实施例2生产的钢板的组织主要为回火索 氏体；从图3可W看出实施例1生产的钢板的冲击断口形貌为初窝状断口，初性较好；从图 4可W看出对比例1生产的钢板的冲击断口形貌为解理状断口，初性明显较实施例1差；从 图5可W看出板厚为16mm的试验钢泽火态+回火态试样析出物形态中有大量的点状析出 物，众多点状析出物在钢性能强化中起着重要作用。

　　[0070]上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

　　【主权项】

　　1. 一种屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板，其特征在于：所述钢板化学成分的重量 百分数为：C :0? 040 ~0? 080%，Si :0? 20 ~0? 25%，Mn :1. 50 ~L 65%，P :彡 0? 010%，S : 彡 0. 005%，Nb :0. 040 ~0. 050%，Ti :0. 006 ~0. 018%，Cr :0. 25 ~0. 35%，Mo :0. 25 ~ 0. 30%，Cu :0. 30~0. 40%，Ni :0. 20~0. 30%，其余为Fe及不可避免的夹杂；并且，满足 焊接裂纹敏感性组合Pcm彡0. 22,碳当量CEV彡0. 50,10C+4Cr+Cu=6. 5~7. 5 ;其中， Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B, CEV=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Ni+Cu)/15。2. 根据权利要求1所述屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板，其特征在于：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 ~L 54%，P : 彡 0? 010%，S :彡 0? 005%，Nb :0? 045 ~0? 050%，Ti :0? 011 ~0? 018%，Cr :0? 28 ~0? 33%， Mo :0. 25~0. 30%，Cu :0. 34~0. 37%，Ni :0. 25~0. 30%，其余为Fe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。3. 根据权利要求2所述屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板，其特征在于：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 :彡 0? 010%，S :彡 0? 005%， Nb :0? 047%，Ti :0? 015%，Cr :0? 32%，Mo :0? 25%，Cu :0? 36%，Ni :0? 28%，其余为 Fe 及不 可避免的夹杂。4. 根据权利要求1~3任意一项所述屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板，其特征在 于：所述钢板屈服强度Rel> 690MPa，抗拉强度Rm> 770MPa，延伸率A彡18%，-40°C低温 冲击性能彡100J。5. -种权利要求1所述屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板的生产方法，其特征在于： 该方法包括如下步骤： 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坯； 2) 将步骤1)中得到的铸坯加热并保温，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 ; 3) 分段乳制： 粗轧：控制粗轧开轧温度为1100~1180°C，粗轧道次压下率多15%，粗轧结束温度 ^ 1000 0C ； 精轧：控制精轧开轧温度为850~870°C，精轧后三道累计压下率多50%，精轧结束温 度为810~830°C ; 4) 冷却：终轧后进行冷却，开始冷却温度控制在750~820°C，冷却速度为3~9°C /s ; 5) 调质处理： 淬火：淬火温度为900~940°C，保温时间为40~90min ; 高温回火：回火温度为590~640°C，在炉时间为60~120min。6. 根据权利要求5所述屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板的生产方法，其特征在 于：所述步骤5)中，淬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〇

　　【专利摘要】本发明公开了一种屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板及其生产方法，该钢板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％，Nb：0.040～0.050％，Ti：0.006～0.018％，Cr：0.25～0.35％，Mo：0.25～0.30％，Cu：0.30～0.40％，Ni：0.20～0.30％，其余为Fe及不可避免的夹杂，并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。通过本发明工艺设计生产的屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板，具有良好的强韧性，本发明钢板的屈服强度Rel≥690MPa，抗拉强度Rm≥770MPa，延伸率A≥18％，-40℃低温冲击性能≥100J，与现有桥梁钢技术相比，大大提高了强度级别。另外，本发明方法通过严格控制碳当量CEV≤0.50，Pcm≤0.22来提高钢板的焊接性能。

　　【IPC分类】C22C33/04, C22C38/58

　　【公开号】CN104988429

　　【申请号】CN201510407828

　　【发明人】刘敏, 邹德辉, 黄海娥, 程吉浩, 董中波, 罗毅, 郭斌

　　【申请人】武汉钢铁(集团)公司

　　【公开日】2015年10月21日

　　【申请日】2015年7月13日