[发明专利]一种高强桥梁用钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能结构用钢及其制备方法，尤其是一种高强桥梁用钢及其制备方法，属于冶金技术领域。

背景技术

我国桥梁建设正在向高速、重载、大跨度、全焊节点、安全性高的方向发展。目前使用的桥梁钢屈服强度范围一般为245～420MPa，国外也已开发和使用了高性能桥梁钢品种。如美国采用高性能桥梁钢，已建成了多座高性能钢桥。但是此类钢一般采用调质态交货，冲击韧性偏低。国内部分钢企正在开发高性能桥梁钢品种，但目前试制产品在屈强比、低温韧性等方面水平尚有不足。现有关于桥梁工程用钢制造方法的技术，主要是通过控轧控冷等方法获得桥梁工程用钢板，如中国专利CN101892431公开了热轧态屈服强度500MPa级耐候桥梁钢及其制造方法，工艺流程为铁水预脱硫→转炉冶炼→RH真空处理→浇铸，生产高强耐候桥梁工程用钢。由于该钢种交货状态为热轧态，钢板内应力没有得到消除，在下游用户使用过程中存在易变形等问题，-40℃低温韧性一般，不适于高强高韧桥梁工程用钢的发展方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提出一种高强桥梁用钢及其制备方法，满足大型钢结构桥梁向高速、重载、大跨度、全焊节点、安全性高方向的发展。

本发明通过以下技术方案解决技术问题，一种高强桥梁用钢，按重量百分比包括以下组分：C：0.05～0.09%，Si：0.25～0.50%，Mn：1.30～1.60%，P：≤0.010%，S：≤0.0020%，Cu：0.30～0.55%，Ni：0.20～0.80%，Nb：0.025～0.060%，V：0.02～0.06%，Alt：0.020～0.050%，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明较为优选的是按重量百分比包括以下组分：C:0.070%,Si：0.35%，Mn：1.35%，P：0.0077%，S：0.0011%，Cu：0.32%，Ni：0.40%，Nb：0.033%，V：0.025%，Alt：0.026%，其余为Fe及不可避免的杂质。

钢中杂质元素如S、P等，会严重损害所述钢和焊接近焊缝区的低温韧性，增加连铸坯偏析程度。硫、磷含量应控制在S≤0.0020%和P≤0.010%。其它不可避免的杂质元素，分别控制为：O≤0.0015%，N≤0.0080%，H≤0.0003%，As≤0.010%，Pb≤0.010%，Sn≤0.010%，Sb≤0.010%。

化学成分是影响连铸坯内部质量与高强钢板性能的关键因素之一，本发明为了使所述钢获得优异的综合性能，对所述钢的化学成分进行了限制，原因在于：

C：碳是影响高强度钢力学性能的主要元素之一，通过间隙固溶提高钢的强度，当碳含量小于0.04时强度低；含量过高时，韧性和可焊性将变差，本发明碳含量控制在0.05～0.09%。

Si：硅是炼钢必要的脱氧元素，具有一定的固溶强化作用；硅含量过高，不利于钢板表面质量及低温韧性，本发明硅含量控制在0.25～0.50%。

Mn：锰具有细化组织、提高强度及低温韧性的作用，而且成本低廉。锰含量过高时，易造成连铸坯偏析。本发明锰含量控制在1.30～1.60%。

Ni：镍能提高钢的强度、韧性及耐腐蚀性能，抑制碳从奥氏体中脱溶，降低晶界碳化物析出倾向，显著减少晶间碳化物数量。但随着镍含量增多，生产成本会显著增加，本发明镍含量控制在0.20～0.80%。

Cu：铜能够抑制多边形铁素体和珠光体的形成，促进低温组织贝氏体或马氏体的转变。铜含量过高影响钢的韧性，并引起回火脆性，本发明中铜含量控制在0.30～0.55%。

Nb：微量铌对奥氏体晶界具有钉扎作用，抑制形变奥氏体的再结晶，并在冷却或回火时形成析出物，提高强度和韧性。铌添加量小于0.025%时效果不明显，大于0.060%时韧性降低，并引起连铸坯表面裂纹产生，此外对焊接性能也有恶化作用。本发明铌含量控制在0.025～0.060%。

V：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加入钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。回火时或焊接后冷却时形成碳化物，有利于增加强度。添加量小于0.02%时效果不明显，大于0.06%时，钢的韧性与可焊接性降低。因此，钒含量应控制在0.02～0.06%的范围内。

Al：铝是一种重要的脱氧元素，钢水中加入微量的铝，可以有效减少钢中的夹杂物含量，并细化晶粒。但过多的铝，会促进连铸坯产生表面裂纹降低板坯质量，全铝含量应控制在0.020～0.050%。

本发明进一步提供高强桥梁用钢的制备方法，包括以下工序：