[发明专利]纵横向力学性能差异小的桥梁用结构钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶金材料中的低合金结构钢制造领域，具体地指一种纵横向力学性能差异小的桥梁用结构钢板及其制造方法。

背景技术

在钢结构桥梁领域，由于结构复杂，桥梁杆件的受力方向往往不局限于原轧制钢板的某一方向。为了安全起见，要求钢板的纵横向力学性能差异较小。但是，在一般情况下，传统钢板的纵向冲击功要远高于横向，纵向强度尤其是屈服强度要远低于横向。钢板越薄，这种差异越明显，即钢板的力学性能呈现出明显的各向异性，给桥梁钢板的选用带来了很大的困难。

研究表明，钢板力学性能的各项异性与其化学组成、内在织构、纤维组织及带状组织等有关。到目前为止，屈服强度500MPa级桥梁用结构钢板中成分和微观金相组织形态对钢板力学性能的纵横向差异性尚未见报道。

因此，合理设计碳和合金元素的种类及含量，开发简单易控的生产工艺，通过严格控制各工艺参数，研究开发出纵横向力学性能差异小的屈服强度500MPa级桥梁用结构钢板具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种制造成本低、工艺简单可控、综合性能优良、屈服强度500MPa级的纵横向力学性能差异小的桥梁用结构钢板及其制造方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纵横向力学性能差异小的桥梁用结构钢板，钢板的化学成分及其重量百分比如下：C：0.02～0.08％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.90～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Cu≤0.50％，Ni：0.10～0.40％，Mo：0.30～0.50％，Cr：0.30～0.70％，Nb：0.015～0.030％，V：0.030～0.060％，Ti：0.008～0.025％，Ca≤0.0040％，其余为Fe和不可避免杂质；且同时满足：碳当量CEV＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.475％，焊接裂纹敏感性指数Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B≤0.23％；其金相组织中针状铁素体含量≥90％。

进一步地，钢板的化学成分及其重量百分比如下：C：0.04～0.06％，Si：0.10～0.40％，Mn：0.90～1.50％，P≤0.020％，S≤0.004％，Cu≤0.40％，Ni：0.15～0.20％，Mo：0.30～0.50％，Cr：0.30～0.70％，Nb：0.015～0.030％，V：0.030～0.060％，Ti：0.008～0.025％，Ca≤0.0040％，其余为Fe和不可避免杂质。

进一步地，钢板的化学成分及其重量百分比如下：C：0.04％，Si：0.25％，Mn：1.20％，P：0.012％，S：0.002％，Cu：0.20％，Ni：0.15％，Mo：0.35％，Cr：0.45％，Nb：0.022％，V：0.040％，Ti：0.012％，Ca：0.0025％，其余为Fe和不可避免杂质。

本发明的纵横向力学性能差异小的桥梁用结构钢板中各成分作用如下：

碳(C)：碳是提高钢强度的有效元素，当含量超过0.08％时，轧制后冷却速度较大时，易形成M/A岛，且易聚集分布在偏析条带上，造成钢板力学性能呈现较明显的纵横向差异；当其含量较低时，如小于0.02％，会使钢板强度不足，同时也会增加冶炼时的难度。因此，控制碳含量范围为：0.02～0.08％。

硅(Si)：硅是常用的脱氧剂，有固熔强化作用，有利于改善其综合性能，但Si含量较高时，降低了钢的韧性、塑性及延展性，易导致冷脆不利于焊接。因此，本发明将Si的含量目标值控制在0.10～0.40％。

锰(Mn)：锰是重要的强韧化元素，能增加奥氏体的稳定性，扩大γ相区奥氏体，促进钢的中温组织转变。Mn含量太高对钢坯中心偏析有不利影响，有损于钢板的韧性，并且在焊接时容易产生裂纹，Mn含量太低则不能有效促进中温组织转变，容易降低钢的强度。因此控制Mn含量范围为：0.90～1.50％。

磷(P)：磷在钢中为有害元素，其含量要严格控制，高的P含量会增加钢的冷脆倾向，并且P极易在钢坯的心部偏析，由于这种含P量高的强偏析带较脆，使得在轧钢后容易产生内在缺陷。本发明的磷含量控制为P≤0.018％。

硫(S)：硫在钢中为有害元素，高的S含量不仅会使钢板纵横向性能产生明显差异，同时也降低其低温韧性和Z向性能。本发明硫含量为S≤0.003％。