一种550MPa级耐候桥梁钢及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种550MPa级耐候桥梁钢，其除Fe和不可避免的杂质外还含有以下化学元素：C：0.025～0.055％，Si：0.50～1.00％，Mn：1.45～1.65％，V：0.025～0.045％，Mo：0.20～0.40％，Ni：0.40～0.60％，Cu：0.20～0.40％，Cr：0.25～0.45％，Sb：0.20～0.50％，Ca：0.0030～0.006％；微观组织为单一贝氏体组织。本发明专利技术还公开了上述钢的制造方法，其不包括轧后热处理步骤，其包括步骤：(1)铁水脱硫，转炉冶炼，LF炉精炼和RH炉真空处理(2)连铸保护浇注(3)铸坯加热(4)两阶段轧制：第一阶段控制轧制温度为1040～1180℃，前三道次的每一道次压下率≥18％；第二阶段控制开轧温度为850～930℃，终轧温度为820～860℃，前三道次的每一道次压下率≥16％，最后三道次累计压下率≥30％(5)冷却：冷却开始温度为800～830℃，冷却速度为15～40℃/s，返红温度为300～500℃(6)回火。返红温度为300～500℃(6)回火。返红温度为300～500℃(6)回火。

【技术实现步骤摘要】
一种550MPa级耐候桥梁钢及制造方法


[0001]本专利技术涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种耐候桥梁钢及制造方法。

技术介绍

[0002]钢结构桥梁的全寿命周期安全问题一直是业界最为关注的问题。不同于高层钢结构建筑只承受动态载荷，钢结构桥梁除自重外，还需承载运动状态的汽车、火车等重量，其同时受到动载荷、静载荷的作用。
[0003]近年来，随着大跨度、重载荷、高速度桥梁的飞速发展，特别是现在国内悬索桥大跨度越来越大，对于钢材的抗疲劳性能和断裂韧性要求也变的越来越高。桥梁钢在使用过程中的抗疲劳性能、断裂韧性是材料的关键指标，能够承受更多次数、更长时间交变载荷的作用而不破坏、使用环境温度下的断裂韧度越高的桥梁钢受到用户的青睐。
[0004]需要注意的是，钢铁材料在使用环境介质中的腐蚀是材料失效的主要原因之一。其中钢铁暴露在大气环境中，由于大气中的水和氧等化学和电化学作用引起的大气腐蚀是钢材最常见的腐蚀形式。有关数据表明，我国每年腐蚀损失的钢材达1000多万吨，其中由于大气腐蚀造成的损失约占50％以上。而且随着工业的快速发展引起的大气污染加剧，使在大气环境下使用的工程结构钢的腐蚀问题更为严重。因此，为了确保桥梁结构的耐久性和抗腐蚀性，在现有技术中，通常采用耐候钢作为桥梁的结构用钢。
[0005]耐候钢，亦称为耐大气腐蚀钢，其特点是在钢中加入少量Cu、P、Cr、Ni等合金元素，使钢铁材料在锈层和基体之间形成一层约50～100μm厚的致密且与基体金属粘附性好的保护性锈层(内外两层：内层致密，外层疏松、多孔)，阻碍锈蚀向里扩散和发展，保护锈层下面的基体，减缓腐蚀速度。
[0006]研究表明，根据耐候钢成分不同，钢构件使用环境不同，耐候钢的抗大气腐蚀能力可比普通钢提高2～8倍，涂装性可提高1.5～10倍。在桥梁结构中采用耐候钢不仅可以有效减少加工制造周期、节约后期涂层的维护成本，甚至还可以裸露使用，降低全寿命周期成本。
[0007]在现有技术中，传统的耐候钢通常采用中C
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Mn设计，其需要添加耐腐蚀性能元素，并依靠成分提高钢板强度和韧性，其主控组织为铁素体+珠光体，且具有少量出现贝氏体组织，这种多相组织会使得电极电位差较大，并容易发生腐蚀。若采用适当的低碳成分设计，并配合控轧控冷工艺，可以得到单一的贝氏体组织，此时电极电位差小，其不容易发生腐蚀，对钢板的耐腐蚀性能十分有利。
[0008]在本专利技术提出之前，国内相关桥梁钢国家标准、行业标准中没有明确的关于桥梁钢使用过程中疲劳性能和断裂韧性的要求，但大型桥梁设计师正在关注高级别桥梁钢的疲劳和断裂问题，一般在高级别桥梁钢上桥应用之前要进行典型规格钢板的疲劳性能和断裂韧性相关行业技术评审。国内钢铁企业有部分涉及桥梁用钢制造领域的同类技术产品，未考虑钢板的疲劳性能和断裂韧性。
[0009]基于上述思路，本专利技术期望开发一种疲劳性能和断裂韧性优良、单一贝氏体组织
的550MPa级耐候桥梁钢，该耐候桥梁钢可以有效应用于桥梁建造中，其性能优异，能够更好地适应大跨度、重载荷、高速度桥梁的发展需求，具有良好的推广前景和应用价值。
[0010]公开号为CN103361569A，公开日为2013年10月23日，名称为“一种超低温耐候结构钢板及其生产方法”的中国专利文献公开了一种超低温耐候结构钢板及其生产方法。该技术方案中的钢板的成分按重量计含有C：0.07％～0.10％、Si：≤0.40％、Mn：≤1.00％、P≤0.020％、S：≤0.005％、Cu：0.25％～0.45％、Cr：0.40％～0.70％、Ni：0.15％～0.25％、Nb：0.015％～0.030％、Ti：0.020％～0.035％、Al：≥0.020％、Ca：0.001％～0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；该钢板的屈服强度≥450MPa、抗拉强度≥560MPa、伸长率≥27％、
‑
60℃冲击功≥155J。该钢板为耐候结构钢，其添加Cu、Cr、Ni等提高钢板腐蚀性能的合金元素，并辅以Nb、Ti微合金化，屈服强度级别在460MPa，但是未有考虑钢板疲劳性能，且钢板组织为铁素体+珠光体的双相组织。
[0011]公开号为CN101376953A，公开日为2009年3月4日，名称为“一种屈服强度≥690MPa的低屈强比耐候桥梁用钢”的中国专利文献公开了一种屈服强度≥690MPa的低屈强比耐候桥梁用钢。该技术方案中的钢板组分及wt％为：C:0.04～0.10％，Si:0.01～0.20％，Mn:0.80～1.70％，P≤0.010％，S≤0.005％，Cu:0.20～0.55％，Ni:0.40～1.50％，Mo:0.20～0.80％，Cr:0.35～0.70％，Nb:0.030～0.090％，Ti：0.008～0.030％，Als：0.015～0.060％，N≤0.0080％，Ca:0.0010～0.0050％。生产方法：对铸坯加热；粗轧；精轧；分段冷却；回火；自然冷却至室温。该专利技术钢是690MPa级桥梁钢，没有针对疲劳性能进行设计，重点在低屈强比和耐候性能，同时该钢组织为铁素体+贝氏体，组织电极电位相对偏高，对腐蚀性能不利。
[0012]公开号为CN106191669A，公开日为2016年12月7日，名称为“一种耐候结构钢板及其生产方法”的中国专利文献公开了一种耐候结构钢板及其生产方法。该钢板的化学成分按质量百分比如下：C：0.03
‑
0.10％，Si：0.20
‑
0.50％，Mn：0.50
‑
1.50％，P≤0.030％，S≤0.003％，Al：0.020
‑
0.05％，Cu：0.25
‑
0.60％，Cr：0.40
‑
0.80％，Ni：0.20
‑
0.60％，Mo≤0.40％，其余为Fe和不可避免杂质。该钢板属于低碳结构钢控制轧制
，其成分上通过添加耐候性元素Cu、Ni、Cr、P等元素，可以保证耐候指数在6.0～6.5之间，其采用低碳成分可以保证钢板具有优良的低温韧性，工艺上采用两阶段控轧工艺，轧后空冷，保证钢板组织晶粒均匀，解决了因混晶造成冲击韧性偏低的问题。这一技术方案的优点在于，生产流程简单，生产效率高，成本低廉；相比普通结构钢具有更优良的耐腐蚀性能。但需要注意的是，该专利技术钢没有考虑钢板疲劳性能对钢结构桥梁的寿命带来的影响，钢板组织为铁素体+珠光体类型，属于常规耐候结构钢，耐腐蚀性能仍然相对不足。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的之一在于提供一种550MPa级耐候桥梁钢，该高强度热轧耐候钢板采用了合理的化学成分，其不仅具有较高的强韧性，还具有优良的疲劳性能、断裂韧性及耐腐蚀性能。该高强度热轧耐候钢板特别适用于公路桥梁、铁路桥梁及公铁两用桥梁的建造，且适合应用在南方普遍环境及北方非极寒地区，其可以有效确保桥梁的安全使用寿命，提高桥梁的安全性。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种550MPa级耐候桥梁钢，其含有Fe和不可避免的杂质，其特征在于，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.025～0.055％，Si：0.50～1.00％，Mn：1.45～1.65％，V：0.025～0.045％，Mo：0.20～0.40％，Ni：0.40～0.60％，Cu：0.20～0.40％，Cr：0.25～0.45％，Sb：0.20～0.50％，Ca：0.0030～0.006％；所述550MPa级耐候桥梁钢的微观组织为单一贝氏体组织。2.如权利要求1所述的550MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：C：0.025～0.055％，Si：0.50～1.00％，Mn：1.45～1.65％，V：0.025～0.045％，Mo：0.20～0.40％，Ni：0.40～0.60％，Cu：0.20～0.40％，Cr：0.25～0.45％，Sb：0.20～0.50％，Ca：0.0030～0.006％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。3.如权利要求1或2所述的550MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，在不可避免的杂质中：P≤0.025％，并且/或者S≤0.003％。4.如权利要求1或2所述的550MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，其满足Pcm≤0.23％，其中：Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Ni/60+V/10+Mo/15+5B，式中的各化学元素代入其质量百分含量的百分号之前的数值。5.如权利要求1或2所述的550MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，其满足Ca/S≥1.5，并且/或者Ni/Cu≥1.0。6.如权利要求1或2所述的550MPa级耐候桥梁钢，其特征在于，其耐大气腐蚀性指数I≥6.6，其中I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P
‑
7.29Cu
×
Ni
‑
9.10Ni
×
P
‑
33.39Cu2，式中的各化学元...

【专利技术属性】
技术研发人员：董中波，邹德辉，战国锋，汪荣，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：