[發(fā)明專利]一種橋梁用Q500qE超低碳貝氏體鋼的焊接方法

有效

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• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103286427A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐向軍;高建忠;楊永強;單亞廷;孫澤;宋紅飛;陳英杰;劉洪柱;顧曉勇;郝海靜
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵山橋集團有限公司
• 主分類號: B23K9/18
• 分類號: B23K9/18;B23K9/16;B23K9/00;B23K35/24;C22C38/58;C22C38/50;C22C38/16
• 代理公司: 石家莊匯科專利商標事務(wù)所 13115
• 代理人: 王琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋼鐵材料焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種橋梁用Q500qE超低碳貝氏體鋼的焊接方法。

背景技術(shù)

目前，我國鐵路、公路交通運輸能力的大幅度提升,要求鐵路和公路橋梁的建設(shè)規(guī)模不斷擴大，技術(shù)水平不斷提高，橋梁的功能、結(jié)構(gòu)和建造技術(shù)向適應(yīng)重載高速、大跨度、輕量化、整體性好、安全性高、采用全焊接節(jié)點鋼結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展。因此，對橋梁用鋼的強度、低溫韌性、疲勞、腐蝕等使用性能和焊接性能的要求越來越高，橋梁鋼板的最大厚度也超過了50mm。我國現(xiàn)有橋梁鋼的強度級別已從Q235q、Q345q、Q370q發(fā)展到Q420q,國外橋梁鋼強度級別已達到690MPa級或更高級別。隨著鋼板強度級別的提高，結(jié)構(gòu)發(fā)生脆斷的危險性越大，因而對橋梁鋼低溫韌性的指標要求也隨之提高，一般要求Q500qE鋼板的屈服強度Rel≥500MPa、抗拉強度Rm≥600MPa、伸長率A≥16%、-40℃卻貝沖擊功≧47J。上述技術(shù)條件已列入了我國現(xiàn)行的橋梁鋼標準GB/T714-2008《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》。

目前，國內(nèi)橋梁鋼最高強度級別為Q420級，Q500級橋梁鋼還沒有被采用，正在設(shè)計中的滬通長江大橋采用Q500qE鋼。由于鋼板強度級別的提高，對鋼板焊接性能的要求也更加嚴格。橋梁鋼應(yīng)具有良好焊接性能，表現(xiàn)在兩個方面，一是鋼的淬硬傾向低，焊前不預(yù)熱或采用較低溫度預(yù)熱即可避免焊接裂紋的產(chǎn)生；二是采用較高熱輸入或較大熱輸入焊接，熱影響區(qū)不產(chǎn)生脆化。為改善Q500qE橋梁鋼的焊接性能，降低碳含量是必要的技術(shù)途徑。近年來，國內(nèi)鋼廠相繼開發(fā)了超低碳貝氏體鋼，這種鋼大幅度降低碳含量，采用Cu、Cr、Ni、Mo、Nb和Ti微合金化，適量加入Mn、Si等合金元素，并借助于TMCP鋼板軋制技術(shù)，促進無碳化物貝氏體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生顯著的細化晶粒強化、位錯及亞結(jié)構(gòu)強化、析出強化和相變強化效果，從而使鋼達到極佳的強韌性匹配，-40℃卻貝沖擊功的實物水平一般均在200J以上。

根據(jù)上述（微）合金化特點，Q500qE超低碳貝氏體鋼具有的優(yōu)良的焊接性能，其原因在于兩方面：一是鋼中的碳含量一般均低于0.06%，焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm小于0.21（注：橋梁鋼國標GB/T714-2008規(guī)定，當碳含量不大于0.12%時，用焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm來評定鋼板的焊接性，Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B），鋼板的焊接冷裂紋傾向仍較低，焊前不預(yù)熱或厚板經(jīng)較低的溫度（80℃～100℃）預(yù)熱即可避免裂紋的產(chǎn)生。二是超低碳貝氏體鋼的合金化特點也促進在它的焊接熱影響區(qū)發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，且由于鋼中碳含量低且含有微量Ti(0.01%～0.02%)，熱影響區(qū)中馬氏體-奧氏體（M-A）島脆性相的數(shù)量相對較少，由此引起的局部脆化傾向相對較低。

但是，根據(jù)Q500qE超低碳貝氏體鋼的成分控制特點，該鋼在較大焊接熱輸入（≧50KJ/cm）時熱影響區(qū)仍存在一定的粗晶脆化問題。為防止Q500qE超低碳貝氏體鋼的焊接粗晶脆化問題，需要在焊接方法上限制焊接熱輸入的范圍，但是，在某種程度上會犧牲焊接效率，增加建造成本。為了在橋梁的實際建造過程中，兼顧高性能與高效率，使質(zhì)量與成本達到合理的平衡，還需要在焊接方法上進一步探索，針對橋梁用Q500qE超低碳貝氏體鋼特定的成分范圍和技術(shù)條件，解決該鋼的焊接熱輸入適應(yīng)性問題及相關(guān)的工藝問題。具體包括如下幾個方面：

1、焊前預(yù)熱制度以避免接頭產(chǎn)生冷裂紋；

2、焊接熱影響區(qū)-40℃卻貝沖擊功≧47J的焊接熱輸入控制范圍；

3、針對該鋼的接頭形式和板厚，提出合理的坡口形式和焊接方法；

4、針對該鋼及接頭形式、坡口形式和焊接方法，選用合適的焊接材料；

5、針對該鋼及接頭形式、坡口形式、焊接方法和焊接材料，提出合適的焊接工藝參數(shù)。

Q500qE超低碳貝氏體鋼運用于橋梁鋼結(jié)構(gòu)的建造，符合橋梁向高參數(shù)化發(fā)展的方向，所涉及到的焊接方法是確保橋梁建造質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。但是，國內(nèi)外現(xiàn)有的橋梁鋼焊接方法對上述問題的解決不存在有針對性的、可以完全移置的技術(shù)方案，需要加以新的研究和探索。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種接頭力學性能優(yōu)良，同時焊接效率較高的橋梁用Q500qE超低碳貝氏體鋼的焊接方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：這種橋梁用Q500qE超低碳貝氏體鋼的焊接方法，其特征包括：