[發明專利]一種低預熱溫度焊接的620MPa級高性能橋梁鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201910984101.X
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN110541117B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 董中波;鄒德輝;嚴生平;余宏偉;戰國鋒;易勛;鮑海燕;梁寶珠
• 申請（專利權）人: 寶武集團鄂城鋼鐵有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/26;C22C38/28;C22C38/38;C21D8/02;C22C33/04
• 代理公司: 黃石市三益專利商標事務所 42109
• 代理人: 滕金葉

本發明公開了一種低預熱溫度焊接的620MPa級高性能橋梁鋼及其制備方法：所述鋼材含有下述質量百分比含量的化學成分：C：0.051～0.091%，Si：0.41～0.50%，Mn：1.65～2.15%，P：≤0.010%，S：≤0.003%，Nb：0.060～0.090%，Ti：0.015～0.030%，Cr：0.35～0.65%，Ca：0.0019～0.0045%，Ce：0.020～0.040%，余量為Fe及其他不可避免的夾雜；本發明通過低碳含量設計，Nb?Ti微合金化，控制P、S含量，利用Ca控制鋼中夾雜物數量、形態，并適量添加Cr提高鋼板強度；通過上述成分控制及鋼板的生產工藝控制，制得的鋼板強度、低溫韌性、焊接性能優良，其中焊接預熱溫度小于等于30℃，能滿足有一定要求的公路橋梁、鐵路橋梁及公鐵兩用橋梁。

技術領域

本發明涉及鋼鐵材料技術領域，特別是一種低預熱溫度焊接的620MPa級高性能橋梁鋼及其制備方法。

背景技術

隨著國家經濟建設的發展，高速鐵路和高速公路交通的全面推廣，大跨度的公鐵兩用大橋成為沿海高速鐵路交通網中關鍵的節點工程，其中具有大跨度、重載荷的大型橋梁中，鋼結構橋梁的應用比例越來越大，鐵路橋梁的跨度已經由128m提升到1092m，鋼種的強度等級由235MPa提升到500MPa，隨著橋梁跨度的提升，其對所用鋼板的高強度、高韌性及焊接性能等方面也提出了新的要求。而鋼結構橋梁的使用壽命和安全是最為關鍵的、也是最受重視的問題。鋼結構橋梁在制造、安裝過程中，焊接是必不可少的步驟，也是關系到橋梁壽命和安全的關鍵因素之一，因此，低預熱或不預熱的情況下，焊接性能優良的高性能橋梁鋼是業界普遍的需求。

焊接預熱，是指針對中高碳鋼和低合金鋼等在不同溫度區間會產生相變的鋼種，在焊接開始前，對焊件的全部(或局部)進行加熱的工藝。焊接預熱的主要目的是降低焊接接頭的冷卻速度，使鋼材焊后能緩慢冷卻，防止產生焊接裂紋，特別是冷裂紋。強度級別較高，具有淬硬傾向的低合金結構鋼，導熱性特別良好的有色金屬，厚度較大的焊件焊前往往需要采取預熱措施。

正確選擇適當的預熱溫度，是保證預熱效果的關鍵。對于低合金結構鋼，過高的預熱溫度會導致焊縫及熱影響區晶粒粗大、力學性能不穩定，熱影響區沖擊韌度急劇下降，有時還會在焊縫中出現大量氣孔。過高的預熱溫度還要增加設備投資及惡化焊工的操作條件。所以，應該在防止焊接裂紋的條件下，選擇較低的預熱溫度或不預熱。

使用屈服強度620MPa級高強度鋼種可以完善結構用鋼強度等級，避免因鋼材厚度過大而在后續加工、焊接過程中產生質量問題，同時也可以減輕結構重量，降低建造成本，減少鋼材浪費量，提高結構的可靠性。

但是為了保證鋼鐵材料的高強高韌性能，受目前國內外橋梁鋼領域慣性思維的影響，一般的橋梁鋼種通常是添加較多的Si、Cu、Cr、Ni、Mo等合金元素，通常這些元素為固溶強化元素，使鐵素體基體的硬度提高，降低塑性，同時顯著推遲先共析鐵素體轉變，使焊接過程中熱影響區更容易形成馬氏體，造成焊接裂紋產生。與此同時，添加較多的合金元素，導致鋼板焊接預熱溫度提高，工廠施焊時必須預熱焊接，預熱溫度過高會惡化焊接接頭性能，降低焊接效率，影響焊接工人工作環境。因此必須通過添加細化晶粒元素，以及成分合理匹配和適當的生產工藝充分細化組織，得到高強度和高韌性及優良焊接性的匹配。

屈服強度620MPa級鋼板，抗拉強度通常在720MPa級以上，抗拉強度越高，鋼鐵材料基體中的可允許最小缺陷尺寸越小，否則鋼板的低溫沖擊韌性難以保證，因此要使鋼板兼獲得高強度、高韌性和優良焊接性能，是本發明鋼需要解決的問題。

在本發明提出之前，有部分涉及橋梁用鋼制造領域的同類技術產品，但合金元素添加較多，焊接需要高預熱溫度，不能滿足高強鋼的焊接性能要求，且成本偏高。國內主要采用GB/T 714-2015標準中的Cu-Cr-Ni-Mo系列鋼種，如Q620q，但使用預熱溫度限制在75℃以上，且成本偏高，不切合當前的設計要求。