屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板及其生产方法技术

本发明专利技术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。通过本发明专利技术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，本发明专利技术钢板的屈服强度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，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板及其生产方法
本专利技术属于冶金工业中桥梁用结构钢
，具体涉及一种屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板及其生产方法。
技术介绍
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韧、优异焊接性能、抗疲劳性能以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、减少焊缝和节点以及改善作业性能；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。经检索，申请号为201110123433.2的中国专利技术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％、Nb：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≤40×10-6、O≤40×10-6、H≤2×10-6，其余为铁和不可避免的杂质，Als表示酸溶铝。该专利技术钢板的屈服强度不低于370MPa，抗拉强度不低于510MPa，屈强比不高于0.75，断后伸长率不低于30％，-40℃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。该专利技术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，难以保证钢板良好的焊接性能。申请号为201210239313.3的中国专利技术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％、Nb：0.010～0.040％、Ti：0.008～0.030％、Als：0.015～0.050％、N≤40×10-6、O≤20×10-6、H≤2×10-6，其余为铁和不可避免的杂质。该专利技术方法包括以下步骤：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，该专利技术的铸造的成本较高，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％。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500MPa以下桥梁钢的研究；二是专利技术钢种的含碳量高，这严重影响了桥梁钢的可焊接性，增加了桥梁建造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板及其生产方法，以连铸坯为基础，通过合理控制钢板成分、轧制工艺、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690MPa桥梁用结构钢板。本专利技术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。为实现上述目的，本专利技术所设计的屈服强度690MPa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％，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，为了保证本专利技术中桥梁用钢获得良好的焊接性能和强韧性能，其化学成分还需要满足：焊接裂纹敏感性组合Pcm≤0.22，碳当量CEV≤0.50，10C+4Mn+Cr＝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。其中，C、Mn和Cr复合添加的情况下，更利于提高钢的淬透性，但三者的含量过高又会导致钢的韧性降低，研究表明10C+4Mn+Cr<6.5时，试验钢的淬透性不够，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+Cr>7.5时，试样钢的淬透性较好，但试验钢的韧性不足，往往导致冲击功不合；同时，本专利技术钢还通过严格控制Pcm值和碳当量CEV来有效的改善焊接性能。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％，P：≤0.010％，S：≤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+4Mn+Cr＝6.5～7.5。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Fe及不可避免的夹杂。作为优选方案，所述钢板屈服强度Rel≥690MPa，抗拉强度Rm≥770MPa，延伸率A≥18％，-40℃低温冲击性能≥100J。上述屈服强度690MPa级桥梁用结构钢板的生产方法，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℃，保证在炉时间为250～400min，在温度为1180～1220℃下保温60～70min；3)分段轧制：粗轧：控制粗轧开轧温度为1100～1180℃，粗轧道次压下率≥15％，粗轧结束温度≥1000℃；精轧：控制精轧开轧温度为850～870℃，精轧后三道累计压下率≥50％，精轧结束温度为810～830℃；4)冷却：终轧后进行冷却，开始冷却温度控制在750～820℃，冷却速度为3～9℃/s；5)调质处理：淬火：淬火温度为900～940℃，保温时间为40～90min；高温回火：回火温度为590～640℃，在炉时间为60～120min。作为优选方案，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。例如制造板厚为16mm的钢板，则淬火时保温时间为41～56min，回火时保温时间为61～76min。本专利技术中各元素及主要工序本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：1.50～1.65％，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；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。

【技术特征摘要】
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：1.50～1.65％，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；并且，满足焊接裂纹敏感性组合Pcm≤0.22，碳当量CEV≤0.50，10C+4Mn+Cr＝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；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℃，保证在炉时间为250～400min，在温度为1180～1220℃下保温60～70min；3)分段轧制：粗轧：控制粗轧开轧温度为1100～1180℃，粗轧道次压下率≥15％，粗轧结束温度≥1000℃；精轧：控制精轧开轧温度为850～870℃，精轧后三道累计压下率≥50％，精轧结束温度为810～830℃；4)冷却：终轧后进行冷却，开始冷却温度控制在750～820℃，冷却速度为3～9℃/s；5)调质处理：淬火：淬火温度为900～940℃，保温时间为40～90min；高温回火：回火温度为590～640℃，在炉时间为60～120min。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：1.52～1.54％，P：≤0.010％，S：≤0.005％，Nb：0.045～0.050％，Ti：0.011～0.018％，Cr：0.28～0.33％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，邹德辉，黄海娥，程吉浩，董中波，罗毅，郭斌，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42