[發(fā)明專(zhuān)利]一種橋梁用Q500qE超低碳貝氏體鋼的焊接方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310210442.4
• 申請(qǐng)日: 2013-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103286427A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐向軍;高建忠;楊永強(qiáng);單亞廷;孫澤;宋紅飛;陳英杰;劉洪柱;顧曉勇;郝海靜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中鐵山橋集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B23K9/18
• 分類(lèi)號(hào): B23K9/18;B23K9/16;B23K9/00;B23K35/24;C22C38/58;C22C38/50;C22C38/16
• 代理公司: 石家莊匯科專(zhuān)利商標(biāo)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(guó)鐵路、公路交通運(yùn)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(kuò)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(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展。因此，對(duì)橋梁用鋼的強(qiáng)度、低溫韌性、疲勞、腐蝕等使用性能和焊接性能的要求越來(lái)越高，橋梁鋼板的最大厚度也超過(guò)了50mm。我國(guó)現(xiàn)有橋梁鋼的強(qiáng)度級(jí)別已從Q235q、Q345q、Q370q發(fā)展到Q420q,國(guó)外橋梁鋼強(qiáng)度級(jí)別已達(dá)到690MPa級(jí)或更高級(jí)別。隨著鋼板強(qiáng)度級(jí)別的提高，結(jié)構(gòu)發(fā)生脆斷的危險(xiǎn)性越大，因而對(duì)橋梁鋼低溫韌性的指標(biāo)要求也隨之提高，一般要求Q500qE鋼板的屈服強(qiáng)度Rel≥500MPa、抗拉強(qiáng)度Rm≥600MPa、伸長(zhǎng)率A≥16%、-40℃卻貝沖擊功≧47J。上述技術(shù)條件已列入了我國(guó)現(xiàn)行的橋梁鋼標(biāo)準(zhǔn)GB/T714-2008《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》。

目前，國(guó)內(nèi)橋梁鋼最高強(qiáng)度級(jí)別為Q420級(jí)，Q500級(jí)橋梁鋼還沒(méi)有被采用，正在設(shè)計(jì)中的滬通長(zhǎng)江大橋采用Q500qE鋼。由于鋼板強(qiáng)度級(jí)別的提高，對(duì)鋼板焊接性能的要求也更加嚴(yán)格。橋梁鋼應(yīng)具有良好焊接性能，表現(xiàn)在兩個(gè)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(lái)，國(guó)內(nèi)鋼廠(chǎng)相繼開(kāi)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(jìn)無(wú)碳化物貝氏體轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生顯著的細(xì)化晶粒強(qiáng)化、位錯(cuò)及亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化、析出強(qiáng)化和相變強(qiáng)化效果，從而使鋼達(dá)到極佳的強(qiáng)韌性匹配，-40℃卻貝沖擊功的實(shí)物水平一般均在200J以上。

根據(jù)上述（微）合金化特點(diǎn)，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(guó)標(biāo)GB/T714-2008規(guī)定，當(dāng)碳含量不大于0.12%時(shí)，用焊接裂紋敏感性指數(shù)Pcm來(lái)評(píng)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(diǎn)也促進(jìn)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(duì)較少，由此引起的局部脆化傾向相對(duì)較低。

但是，根據(jù)Q500qE超低碳貝氏體鋼的成分控制特點(diǎn)，該鋼在較大焊接熱輸入（≧50KJ/cm）時(shí)熱影響區(qū)仍存在一定的粗晶脆化問(wèn)題。為防止Q500qE超低碳貝氏體鋼的焊接粗晶脆化問(wèn)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(huì)犧牲焊接效率，增加建造成本。為了在橋梁的實(shí)際建造過(guò)程中，兼顧高性能與高效率，使質(zhì)量與成本達(dá)到合理的平衡，還需要在焊接方法上進(jìn)一步探索，針對(duì)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(wèn)題及相關(guān)的工藝問(wèn)題。具體包括如下幾個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(yùn)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的橋梁鋼焊接方法對(duì)上述問(wèn)題的解決不存在有針對(duì)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(wèn)題是提供一種接頭力學(xué)性能優(yōu)良，同時(shí)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(wèn)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：