[发明专利]一种无Cr高性能耐候桥梁钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金钢制造领域，具体涉及一种无Cr高性能耐候桥梁钢及其制备方法。

背景技术

随着我国资源节约型与环境友好型社会的发展，桥梁钢的耐腐蚀性越来越受到重视，发展耐蚀桥梁钢，不仅能延长桥梁的整体使用寿命，而且能降低桥梁使用寿命期内的总费用。我国大陆海岸线长达18,000km，沿海地区通常是经济发达地区，随着这些地区桥梁建设尤其是跨海大桥建设的迅速发展，各种桥梁的建设也带动了对桥梁钢的需求，这些工程在加大了对桥梁钢需求的同时，对桥梁钢的性能也提出了更高的要求，不但要求有较高的强度、韧性和良好的焊接性能，有的还要求有一定的耐蚀性，与此同时，现有的普通耐蚀钢在沿海地区的使用经验显示，其表面并不能形成保护性锈层，阻止大气腐蚀进一步发生，没有发挥其应有的耐大气腐蚀性能。因此，国内外材料工作者提出了高性能钢（High Performance Steel，HPS）的概念，高性能钢材主要是指材料的某项或几项性能较传统钢材得到改善，除了具备较高强度外，钢材的焊接性能和低温韧性，尤其是耐腐蚀性能有较大幅度提高。

专利号为200510045624.6的中国专利涉及低合金钢领域，公开了一种耐蚀钢，该耐蚀钢的合金成分及重量百分比含量为：C：0.12-0.21，Si：0.2-2.0，Mn：0.7-2.0，S≤0.036，P≤0.034，Cu：0.10-0.40，Al<0.2，其余为铁和微量杂质，通过简单调整Q235普通低碳钢的部分元素含量，在改变Q235钢生产工艺条件的情况下，生产出具有良好的耐大气腐蚀性能、综合力学性能的经济耐蚀钢，但此类耐蚀钢种因Cu、Al元素的过高添加，对其连铸及轧制生产工序造成诸多不便，其产业化过程中的难点问题较多，而且不容易解决。

专利号为200810046963.X的中国专利针对碳含量高显著影响钢的焊接性能的缺点，公开了一种采用超低碳设计的耐蚀钢，其冲击韧性、焊接性及耐大气腐蚀性能较好，但是此类耐候钢设计时添加了大量的合金元素如Cr、Mo等，一方面Cr在+6价状态下严重危害人的身体健康，有巨大毒性；另一方面，Mo等合金元素的添加增加了生产成本。

专利CN 102127710 A(201110086804.4) 在不添加贵重金属Cr元素的前提下，通过合金元素的合理控制，使钢具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，降低了生产成本，但是此类钢设计时碳含量较高（0.06%-0.16%），对焊接工艺要求较高，影响其焊接性能，并且其强度相对较低，相当于Q345级别。

专利CN 102021495 A(201010592034.6) 公开了一种420MPa高韧性耐候桥梁钢，其强度、韧性、焊接性、耐蚀性能优良，但是Cr元素含量较高，达0.25%-0.40%，Cr在+6价状态下严重危害人的身体健康，易产生毒性；另一方面，钢中加入了0.0002～0.003%的硼元素，硼易在晶界产生偏析，造成铸坯表面裂纹缺陷，对炼钢和轧制造成诸多不便。

发明内容

针对现有耐腐蚀钢存在的问题，本发明一种无Cr高性能耐候桥梁钢及其制备方法，目的是提供一种较低成本且具有良好的综合力学性能、焊接性能并且不含有毒性元素Cr的耐海洋大气腐蚀钢。

实现本发明目的的一种无Cr高性能耐候桥梁钢，其化学组成按质量百分比为：C 0.02～0.05%，Si 0.20～0.30%，Mn 0.6～1.00%，P≤0.02%，S≤0.010%，Cu 0.20～0.40%， Ni 0.30～0.80%， Nb 0.04～0.07%，Ti 0.005～0.015%，Al≤0.02%，余量为Fe及杂质，其屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥535MPa，延伸率≥28%， -40℃下比冲击功≥270J，焊接冷裂纹敏感性系数Pcm≤0.115，耐腐蚀性指数I≥6.13。

制备上述无Cr高性能耐候桥梁钢，按照以下步骤进行：

首先熔炼化学组成按质量百分比为：C 0.02～0.05%，Si 0.20～0.30%，Mn 0.6～1.00%，P≤0.02%，S≤0.010%，Cu 0.20～0.40%， Ni 0.30～0.80%， Nb 0.04～0.07%，Ti 0.005～0.015%，Al≤0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质的钢水，对其进行浇注，形成钢锭，将钢锭热锻成钢坯，对钢坯加热到1150～1200℃，保温30-60min，使其充分奥氏体化，并使得钢中的微合金元素充分固溶；