一种高性能大厚度易焊接桥梁结构钢，其化学成分为（重量百分比），C：0.040‑0.070%；Si：0.15‑0.30%；Mn：1.50‑1.65%；Mo：0.10‑0.20%；Nb：0.020‑0.030%；Ti：0.010‑0.020%；Alt：0.025‑0.050%；P：≤0.012%；S：≤0.003%；N：≤0.0045%；H：≤0.00015%；其余为Fe及不可避免杂质。焊接裂纹敏感性指数Pcm(%)范围：0.135‑0.175。通过采用320‑450mm厚规格连铸坯及“CR+DQ/ACC+回火”工艺所生产厚度规格≥130mm桥梁结构用钢，力学性能稳定且厚度方向性能比较均匀，具有较好的强度、塑性、韧性及Z向性能；钢板内部质量良好，探伤结果满足“NB/T47013.3‑2015、Ⅰ级”标准要求。钢板厚度方向1/4处微观组织为针状铁素体。在不低于150℃预热温度下，焊接接头的拉伸、冷弯、冲击等力学性能良好，焊缝及焊接热影响区‑60℃冲击功≥60J。
A kind of high performance and large thickness weldable bridge structural steel and its manufacturing method
【技术实现步骤摘要】
一种高性能大厚度易焊接桥梁结构钢及其制造方法
本专利技术属于金属材料
，特别涉及一种采用320-450mm厚度规格连铸坯及“CR+DQ/ACC+回火”工艺，制造厚度规格≥130mm、屈服强度≥460MPa级，兼具优良-60℃冲击韧性及Z向性能的低屈强比、大厚度、易焊接桥梁结构用钢。
技术介绍
钢结构桥梁正在向高速、重载、大跨和整体焊接方向发展，为满足这些要求，现有的桥梁钢亟待进一步升级，集高强度、高韧性、低屈强比、易焊接和高耐蚀等多项性能为一体的高性能桥梁钢是未来发展趋势。国外高性能桥梁钢发展，始于美国，迅速发展于日本，代表着目前高性能桥梁钢的先进水平。我国高性能桥梁钢的发展，始于本世纪初研制开发的Q420qE桥梁钢。近十年来，随着我国交通运输行业的发展及钢铁冶金技术水平的提高，高性能桥梁钢的研发及应用取得了长足进步。2015年，沪通长江大桥首次采用Q500qE，武钢、鞍钢和南钢开展了相关研究。另外，沪通桥、平潭桥等最近建造的大跨度钢桥，已普遍要求使用低碳、低碳当量、低焊接裂纹敏感指数、低屈强比、高韧性桥梁钢，主要性能指标已超过国外相关标准。最新“桥梁用结构钢”标准GB/T714-2015，已经将C~E质量等级从47J提高到120J。随着我国经济的快速发展，各行业对厚钢板的需求越来越大；从产品安全、环保、低成本及多样化等角度，对厚钢板性能和尺寸精度等提出了更加严格的要求。高性能桥梁钢，通过降低碳含量以减少珠光体或渗碳体、复合加入合金化元素Cr-Ni-Cu-Mo及微合金化元素Nb、V、Ti，结合TMCP工艺，以获得细化的中温转变铁素体或低碳贝氏体组织，可获得高强韧性、耐候性及易焊接性。鉴于目前的冶金工艺现状，C、Mn、P、S等元素聚集变化，导致厚板易产生中心偏析，增加厚板裂纹和疏松的敏感性。钢板的冶炼及轧制成形工艺，使得厚板的Z向性能与轧制平面内性能存在着较大差异，导致钢板厚度方向的受拉性能劣化。连铸坯在轧制变形过程中，其厚度方向的变形量分配规律为：从表面向心部呈指数递减。板坯热变形过程中，变形始于板坯表面，变形量较小时变形集中在板坯表面；随着变形量的增大，变形才会逐渐向心部渗透。利用连铸坯生产高性能特厚钢板时，应利用有限的变形量，在轧制过程中合理分配道次压下率，在装备和工艺条件允许的条件下，适当增加道次压下率，提高钢板的综合性能。对比文件1，一种连铸坯生产易焊接特厚桥梁用钢及其生产方法（申请号：CN107630166A），采用“C：0.035-0.045％,Si：0.20-0.50％,Mn：1.20-1.64％及适量Nb（0.03%）、Ni(0.35%)”成分设计，通过两阶段轧制工艺，轧后进入层流冷却摆动水冷；开冷温度730-750℃，终冷温度320-390℃，可生产于厚度规格120-150mm桥梁用钢。在轧制过程中，每道次均要求利用除鳞水冷却钢板表面；另外，其实施例中，标准位置性能（钢板厚度1/4处），屈服强度在393-402MPa，-40℃冲击功＞200J。成分设计中，采用超低碳设计，且C含量范围过窄，在实际生产中是无法满足无法控制的，同时对炼钢过程控制也产生较大干扰。在轧制及水冷过程中，要求每道次都除鳞，并且要在层流冷却装置中摆动，生产效率极低，工艺要求不具备普遍适应性。较低的开冷温度及终冷温度，对设备能力要求较高，同时在层流冷却水冷模式下，120-150mm规格钢板，冷却效果能否达到预期目标，均值得商榷。根据其实施例中综合力学性能数值，该专利所专利技术的钢种仅可达到屈服强度345MPa级。对比文件2，厚规格的420MPa级低屈强比低温桥梁钢及生产方法（申请号：CN201810841006A），通过低碳成分设计，施以适当的控轧控冷及回火热处理工艺，开发一种厚规格420MPa级低屈强比低温桥梁用钢板。其合金设计中，包括“Mn：1.50-1.60％，Ni：0.10-0.20％，Cr：0.15-0.20％，Nb：0.025-0.035％，V：0.030-0.040％”。合金加入较多，增加成本；同时Cr、V的加入，在轧制和冷却过程中，形成的Cr的碳化物或C的析出物对韧性极为不利。该专利所涉及的钢板厚度规格仅为100mm。对比文件3，一种130mm低合金低温韧性厚板及其生产方法（申请号：CN103725959A）,采用C-Mn-Nb-V成分体系及“正火+加速冷却”工艺，可生产屈服强度367-418MPa、-60℃冲击功76-168J特厚板。特殊的工艺，即正火后加速冷却，与正常的正火工艺要求完全不符合。130mm规格特厚板正火后水冷加速冷却，厚度方向的性能均匀性及组织均匀性均较差。另外其屈服强度等级在400MPa左右，同时其-60℃冲击功存在较大波动，不符合高性能桥梁钢要求。对比文件4，一种低碳当量的特厚钢板Q460E的生产方法（申请号：CN109972033A），采用低碳高锰设计理念，在C-Mn钢基础上，复合添加Nb、Ti、Ni、Cr、Cu等合金元素；轧后钢板弛豫至Ar3以下10-20℃，采用MULPIC快速冷却（DQ），钢板厚度为60~150mm。屈服强度425-476MPa，抗拉强度554-618Mpa，-40℃心部冲击韧性100J以上。合金设计的复杂性，弛豫工艺的特殊性及水冷装备的严格性，在此工艺条件下，该品种难以具备批量推广的条件。同时，该专利并未提及厚规格钢板抗层状撕裂性能。对比文件5，文献“130mm特厚桥梁板Q345qD的开发”（钢铁，2010年第45卷第11期，徐少普等），采用“100t转炉-模铸-3800mm轧机轧制-热处理工艺”工序，研发130mm特厚Q345qD。在C（0.10-0.13%）及Mn（1.45-1.55%）成分基础上，采用了Nb、V、Ti复合微合金化，第一阶段开轧温度1050-1100℃，采用高温低速大压下轧制策略，道次压下量不小于40mm；当温度≥1000℃时，停轧晾钢，晾钢厚度为成品厚度的2.5倍；轧件温度为880-900℃时，开始第二阶段轧制，道次压下量不小于30mm，最后3道次压下率≥15%，且逐道递增；终轧温度控制在820-860℃；轧制完毕后，采用ACC冷却，终冷温度680-720℃。其屈服强度为315-350MPa，抗拉强度为490-515MPa，-20℃纵向冲击功为144-256J（平均达到了178J），抗层状撕裂性能仅可满足Z15要求。该文献所介绍的130mm特厚板，采用模铸工艺生产原始坯料，成材率低，生产成本高。C含量处于包晶区范围，且加入Nb、V、Ti等微合金元素，坯料质量难以保证。另外，采用较厚的待温厚度，影响生产节奏。同时该文献所介绍品种质量等级仅能达到D级，强度级别及Z向性能均较低，也无法满足高性能桥梁钢要求。国内高性能桥梁钢，目前仍存在如下问题，研发和应用滞后于美国和日本，相关材料技术与国际先进水平之间还存在明显的差距。高性能桥梁钢多元合金成分、TMCP工艺、多相组织形态及综合力学性能之间的影响规律及内在关系等相关基础研究还比较薄弱，产品性能稳定性不高。如何保证材料高强度、高韧性的同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能大厚度易焊接桥梁结构钢，其特征在于：包括如下质量百分比的各组分：C：0.040-0.070%；Si：0.15-0.30%；Mn：1.50-1.65%；Mo：0.10-0.20%； Nb：0.020-0.030%；Ti：0.010-0.020%；Alt：0.025-0.050%；P：≤0.012%；S：≤0.003%；N：≤0.0045%；H：≤0.00015%；其余为Fe及不可避免杂质；/n所述桥梁结构钢的焊接裂纹敏感性指数Pcm(%)范围为：0.135-0.175。/n
【技术特征摘要】
1.一种高性能大厚度易焊接桥梁结构钢，其特征在于：包括如下质量百分比的各组分：C：0.040-0.070%；Si：0.15-0.30%；Mn：1.50-1.65%；Mo：0.10-0.20%；Nb：0.020-0.030%；Ti：0.010-0.020%；Alt：0.025-0.050%；P：≤0.012%；S：≤0.003%；N：≤0.0045%；H：≤0.00015%；其余为Fe及不可避免杂质；
所述桥梁结构钢的焊接裂纹敏感性指数Pcm(%)范围为：0.135-0.175。
2.如权利要求1所述的高性能大厚度易焊接桥梁结构钢的制造方法，其特征在于：具体步骤及参数如下：
1）铁水经脱硫扒渣、转炉冶炼、LF炉精炼、RH真空处理；
并保证Pcm范围为：0.135-0.175；
2）处理后的钢水经垂直弯曲型板坯连铸机浇铸成320mm-450mm厚连铸坯，在
浇铸过程进行恒拉速操作，拉速范围为：0.45-0.60m/min；控制铸坯中心偏析，中心偏析C类≤1.0；
3）采用步进梁式加热炉对连铸坯进行加热，加均热温度1200℃～1240℃，在炉时间350min～480min；
4）采用两阶段控轧及控冷工艺，第一阶段轧制结束时钢板表面温度温度≥1000℃，总压下率为50%～70%，最后2～3单道次压下率≥16%，待温厚度为1.4～2.0倍成品钢板厚度；第二阶段轧制开轧温度780℃～800℃，终轧温度750℃～770℃；
5）终轧后，对钢板采用往复式...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋欣，李伟，马鑫，毕建伟，杨福新，赵和明，李冠生，李新宇，张硕，杨志强，冯仰峰，邴纯，于涛，欧阳宇，杨清山，王博，
申请(专利权)人：五矿营口中板有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。