專利名稱：熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及金屬材料領(lǐng)域的一種熱軋態(tài)高強(qiáng)度橋梁用鋼及其制造方法，該熱 軋態(tài)高強(qiáng)度橋梁用鋼的最小屈服強(qiáng)度為500MPa，且在低溫_40°C沖擊功大于47J，耐大氣腐 蝕性能優(yōu)良。
背景技術(shù)：
隨著大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁向全焊接結(jié)構(gòu)和高參數(shù)方向發(fā)展，對橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性 要求越來越嚴(yán)格。這就對橋梁鋼鋼板質(zhì)量提出了更高的要求，即不僅具有高強(qiáng)度以滿足結(jié) 構(gòu)輕量化要求，而且應(yīng)具有優(yōu)良的低溫韌性、焊接性和耐蝕性等，以滿足鋼結(jié)構(gòu)的安全可 靠、長壽等要求。在此背景下，國內(nèi)外材料工作者提出了高性能鋼的概念，所謂高性能鋼是 指材料的某項(xiàng)或幾項(xiàng)性能較傳統(tǒng)鋼材得到改善的鋼材，其除了具備高強(qiáng)度外，焊接性能、低 溫沖擊韌性，尤其是耐腐蝕性能有大幅度的提高。傳統(tǒng)工藝大多采用調(diào)質(zhì)(淬火+回火)工藝制備高性能鋼橋梁鋼，其成本較高。為 此，人們又發(fā)展出了通過熱軋(控軋+控冷)制備高性能橋梁鋼的工藝，采用這種工藝制成 的高性能橋梁鋼具有成本低、板長度更長、焊縫數(shù)量減少等優(yōu)勢。在國外，專利號為US6056833、US6187117的發(fā)明專利均提出了強(qiáng)度級別為485MPa 的熱軋態(tài)耐候橋梁鋼，但是這兩種熱軋態(tài)耐候橋梁鋼中均需加入一定量的釩，這就導(dǎo)致鋼 種的焊接韌性差，焊接冷裂紋敏感性系數(shù)Pcm值較高，且低溫沖擊韌性也只能達(dá)到_23°C的 要求。而在國內(nèi)，2007年初武鋼推出了第五代橋梁鋼WNQ570(Q420qE)，并將該鋼種用于 京滬高鐵南京大勝關(guān)長江大橋的建設(shè)，其具體性能指標(biāo)在國內(nèi)專利CN1609257A中有詳述。 該鋼種采用非調(diào)質(zhì)控軋控冷工藝，具有良好的低溫韌性和焊接性，但強(qiáng)度和耐候性能等仍 有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提出一種熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼，其組成 簡單，成本低廉，且具有不小于500MPa的屈服強(qiáng)度，以及良好的低溫韌性、焊接性和耐候性 能，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼，其特征在于，所述耐候橋梁鋼包含的 化學(xué)成分按重量百分計(jì)為C 0. 03-0. 08 Si ≤ 0. 5 Mn 1. 0-1. 5 P ≤ 0. 015 S ≤0. 010 CuO. 30-0. 60%, Ni 0. 20-0. 50%, Cr 0.40-1.0%、Mo 0. 15-0. 35%, Nb 0. 030-0. 080%, Ti≤0. 04%, Als≤0. 04%，以及余量的Fe及雜質(zhì)元素。進(jìn)一步地講所述耐候橋梁鋼的屈服強(qiáng)度在500MPa以上，且_40°C低溫沖擊功大 于 47J。
所述耐候橋梁鋼的焊接冷裂紋敏感性系數(shù)Pcm ( 0. 23%,ASTM G101-01耐腐蝕指 數(shù) I > 6. 5 ；所述Pcm和I分別由下式得出Pcm = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5BI = 26. 01(% Cu) +3. 88(% Ni)+1. 20(% Cr)+1. 49 (% Si)+17. 28(% P) -7. 29(% Cu) (% Ni)-9. 10(% Ni) (% P) -33. 39(% Cu) 2。本發(fā)明的另一目的在于提出一種用于制備上述熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋 梁鋼的方法，該方法為取與所述熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼具有相同化學(xué)組成的鑄坯在 1200-1300°C預(yù)熱2-3小時(shí)后，采用兩階段軋制，粗軋開軋溫度彡1050°C，累計(jì)下壓量 彡60%，精軋開軋溫度彡950°C，精軋結(jié)束溫度彡850°C，精軋累計(jì)下壓量彡70%，然后以 10-200C /s的冷卻速率將軋件冷卻到480 530°C，制得目標(biāo)耐候橋梁鋼。具體而言所述目標(biāo)耐候橋梁鋼的屈服強(qiáng)度在500MPa以上，且_40°C低溫沖擊功 大于47J。所述鑄坯是按如下工藝制備的按所述熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼的化學(xué)組成配置冶煉原料，冶煉原 料經(jīng)冶煉、鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉、RH真空循環(huán)脫氣以及稀土或Ca處理后，經(jīng)全流 程保護(hù)澆注，形成目標(biāo)鑄坯。以下從成分設(shè)計(jì)等方面對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明本發(fā)明的C含量選擇在0.03%-0.08%。C元素是鋼的主要固溶強(qiáng)化元素，并且可 以形成碳化物，起到析出強(qiáng)化的作用。碳含量太低，強(qiáng)化效果不明顯，太高時(shí)會大大降低鋼 的韌性和焊接性能。本發(fā)明的Si含量在< 0. 5%。Si元素主要以固溶強(qiáng)化形式提高鋼的強(qiáng)度，但含量 不可過高，以免降低鋼的韌性和焊接性能。本發(fā)明的Mn含量在1. 0% -1. 5%。Mn是重要的固溶強(qiáng)化元素，并能夠提高奧氏體 的穩(wěn)定性，有利于得到低溫轉(zhuǎn)變組織。Mn含量太低，不能保證鋼板的強(qiáng)度，太高時(shí)易于在鋼 中產(chǎn)生明顯的帶狀偏析，影響熱軋組織的均勻性。本發(fā)明的Cu在0. 30% -0. 60%。Cu能提高鋼的淬透性，在鋼中主要起固溶及沉淀 強(qiáng)化作用，同時(shí)還能有效提高鋼的耐候性。此外Cu還有利于獲得良好的低溫韌性，增加鋼 的抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力。但Cu含量高時(shí)，鋼坯加熱或熱軋時(shí)易產(chǎn)生裂紋，惡化鋼板表面性 能，因此當(dāng)Cu含量高于0. 20%時(shí)，須添加適量的Ni以阻止這種裂紋的產(chǎn)生。本發(fā)明的Ni在0. 20% -0. 50%。Ni能提高淬透性，具有一定的固溶強(qiáng)化作用，且 能顯著改善鋼材的低溫韌性，使母材和焊接熱影響區(qū)低溫韌性顯著提高。此外，Ni能阻止 Cu含量高的鋼坯在加熱或熱軋時(shí)產(chǎn)生裂紋的傾向，且可顯著提高鋼的耐候性，尤其是耐海 水腐蝕性。但是M為貴金屬，導(dǎo)致鋼的成本大幅度上升，經(jīng)濟(jì)性差。本發(fā)明Cr的含量在0. 40% -1. 0%。Cr能顯著提高鋼的淬透性及鋼的耐候性。在 Cu-Ni-Cr復(fù)合添加的情況下，Cr提高鋼材耐腐蝕性的效果尤為明顯。本發(fā)明Mo的含量在0. 15% -0. 35%。Mo能增加淬透性，提高鋼的強(qiáng)度。Mo能非 常有效推遲鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變，從而促進(jìn)貝氏體組織的獲得，使鋼在較寬的冷卻速度范圍內(nèi)獲得較完全的針狀組織。同時(shí)隨著Mo的增加，針狀組織轉(zhuǎn)變開始溫度顯著下降，鋼 的強(qiáng)度顯著提高。但過高的Mo會使鋼的低溫韌性顯著惡化，也會在焊接時(shí)形成過多的馬氏 體，導(dǎo)致焊接接頭脆性增加。本發(fā)明Nb的含量在0. 030% -0. 080%。Nb在控軋控冷鋼中具有十分重要的作用， 其可以提高奧氏體再結(jié)晶溫度，使變形的奧氏體處于未再結(jié)晶狀態(tài)，從而增加Sv(單位體 積內(nèi)相變形核位置的密度)，以得到非常細(xì)小的晶粒尺寸。同時(shí)，Nb是強(qiáng)碳氮化合物形成元 素，能在鋼中起沉淀強(qiáng)化的作用。Ti是強(qiáng)氮化物形成元素，Ti的氮化物能有效釘扎奧氏體晶界，有助于控制奧氏體 晶粒的長大。本發(fā)明Ti的含量控制在< 0. 04%。本發(fā)明的P、S含量為P < 0.015%,S < 0. 01 %，低的P、S含量是為了保證高的鋼
質(zhì)純凈度，獲得該鋼良好的塑性和沖擊韌性。 本發(fā)明除含有上述化學(xué)成分外，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，同時(shí)還須滿足焊接 冷裂紋敏感性系數(shù)Pcm ^ 0. 23%和ASTM G101-01耐腐蝕指數(shù)I > 6. 5。本發(fā)明系采用控軋+控冷工藝制備上述熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼，其 不僅易于操作，可控性好，形成的耐候橋梁鋼不僅具有優(yōu)良低溫韌性和焊接性，且較之常規(guī) 耐候橋梁鋼具有更高屈服強(qiáng)度、更優(yōu)良耐候性能。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明。

圖1是實(shí)施例1中熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼的金相組織照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本實(shí)施例熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼包含的化學(xué)成分含量按 重量百分計(jì)為c 0. 05%, Si 0. 38%, Mn 1. 46%, P 0. 013%, S 0. 0020%, Cu 0. 36%, Ni 0. 33%, Cr 0.5%、Mo 0. 15%, Nb 0. 056%, Ti 0. 021%, Al 0. 023%，其余為 Fe 和不可避
免的雜質(zhì)。本實(shí)施例耐候橋梁鋼的制備工藝為按所述耐候橋梁鋼的化學(xué)組成配置冶煉原 料，冶煉原料經(jīng)冶煉、鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉、RH真空循環(huán)脫氣以及稀土或Ca處理 后，經(jīng)全流程保護(hù)澆注，形成目標(biāo)鑄坯。。板坯在1250°C加熱2小時(shí)后，進(jìn)行二階段軋制，其中，粗軋開軋溫度為1080°C，粗 軋累計(jì)下壓量65%，精軋溫度為930°C，精軋結(jié)束溫度為830°C，精軋累計(jì)下壓量70%，軋制 完成后，軋件經(jīng)層流冷卻冷至500°C，冷卻速度為19°C /s，制成的耐候橋梁鋼成品力學(xué)性能 如表1所示，其金相組織如圖1所示。實(shí)施例2本實(shí)施例熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼包含的的化學(xué)成分含量 按重量百分計(jì)為:C 0. 07%, Si 0. 39%,Mn 1. 22%,P 0. 008%, S 0. 0044%, Cu 0. 4%,Ni 0.3%、Cr 0.5%、Mo 0. 15%, Nb 0. 05%, Ti 0. 02%, Al 0. 03%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)。本實(shí)施例耐候橋梁鋼的制備工藝為按照與實(shí)施例1相同工藝制成板坯，其后將 板坯在1250°c加熱2小時(shí)，再進(jìn)行二階段軋制，其中，粗軋開軋溫度為110(TC，，粗軋累計(jì)下
5壓量60%，精軋溫度為940°C，精軋結(jié)束溫度為840°C，精軋累計(jì)下壓量75%，軋制完成后， 軋件經(jīng)層流冷卻冷至530°C，冷卻速度為11 °C /s，制成的耐候橋梁鋼成品力學(xué)性能如表1所
7J\ ο表1實(shí)施例1 2力學(xué)性能 本發(fā)明實(shí)施例1-2所述橋梁耐候鋼和公開號為CN1609257A的發(fā)明專利中所提出 的比較鋼1-1、比較鋼1-2以及專利號為US6315946的發(fā)明專利中所提出的比較鋼2的機(jī)械 性能與耐腐蝕能力對比詳見表1。表中耐腐蝕指數(shù)I計(jì)算公式為美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) ASTM G101-01中修正的Legault-Leckie公式，其值越高，表示其耐腐蝕能力越強(qiáng)。由上表 可見，本發(fā)明鋼與比較鋼相比，同時(shí)具有高強(qiáng)度、較好的低溫沖擊功、及更好的耐腐蝕性能。上述實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明 精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼，其特征在于，所述耐候橋梁鋼包含的化學(xué)成分按重量百分計(jì)為C 0.03 0.08％、Si≤0.5％、Mn 1.0 1.5％、P≤0.015％、S≤0.010％、Cu0.30 0.60％、Ni 0.20 0.50％、Cr 0.40 1.0％、Mo 0.15 0.35％、Nb 0.030 0.080％、Ti≤0.04％、Als≤0.04％，以及余量的Fe及雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼，其特征在于所述耐 候橋梁鋼的屈服強(qiáng)度在500MPa以上，且_40°C低溫沖擊功大于47J。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼，其特征在于所 述耐候橋梁鋼的焊接冷裂紋敏感性系數(shù)Pcm彡0. 23%,ASTM G101-01耐腐蝕指數(shù)I > 6. 5 ；所述Pcm和I分別由下式得出Pcm = C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5BI = 26. 01(% Cu) +3. 88 (% Ni)+1. 20(% Cr)+1. 49 (% Si)+17. 28 (% P) -7. 29(% Cu) (% Ni)-9. 10(% Ni) (% P) -33. 39(% Cu) 2。
4.如權(quán)利要求1所述熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼的制備方法，其特征在于， 該方法為取與所述熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼具有相同化學(xué)組成的鑄坯在 1200-1300°C預(yù)熱2-3小時(shí)后，采用兩階段軋制，粗軋開軋溫度> 1050°C，累計(jì)下壓量 彡60%，精軋開軋溫度彡950°C，精軋結(jié)束溫度彡850°C，精軋累計(jì)下壓量彡70%，然后以 10-200C /s的冷卻速率將軋件冷卻到480 530°C，制得目標(biāo)耐候橋梁鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的如權(quán)利要求1所述熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼的 制備方法，其特征在于所述目標(biāo)耐候橋梁鋼的屈服強(qiáng)度在500MPa以上，且_40°C低溫沖擊 功大于47J。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的如權(quán)利要求1所述熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼的 制備方法，其特征在于所述鑄坯是按如下工藝制備的按所述熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼的化學(xué)組成配置冶煉原料，冶煉原料經(jīng) 冶煉、鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐頂?shù)讖?fù)合吹煉、RH真空循環(huán)脫氣以及稀土或Ca處理后，經(jīng)全流程保 護(hù)澆注，形成目標(biāo)鑄坯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱軋態(tài)屈服強(qiáng)度500MPa級耐候橋梁鋼及其制備工藝。該耐候橋梁鋼包含的化學(xué)成分(wt％)為C 0.03-0.08％、Si≤0.5％、Mn 1.0-1.5％、P≤0.015％、S≤0.01％、Cu 0.3-0.6％、Ni 0.20-0.50％、Cr 0.40-1.0％、Mo 0.15-0.35％、Nb 0.03-0.08％、Ti≤0.04％、Als≤0.04％以及余量Fe及雜質(zhì)，其主要采用控軋控冷工藝制備。本發(fā)明耐候橋梁鋼組成簡單，成本低廉，屈服強(qiáng)度在500MPa以上，并具良好的低溫韌性、焊接性和耐候性能，且制備工藝簡捷，可控性高。本發(fā)明可被廣泛應(yīng)用于各種橋梁鋼的生產(chǎn)領(lǐng)域。
文檔編號C21D8/00GK101892431SQ20101021878
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者劉儉, 李化龍, 趙良峰, 陳愛華 申請人:江蘇省沙鋼鋼鐵研究院有限公司