[发明专利]一种桥梁用Q500qE超低碳贝氏体钢的焊接方法有效

专利信息
申请号: 201310210442.4 申请日: 2013-05-31
公开(公告)号: CN103286427A 公开(公告)日: 2013-09-11
发明(设计)人: 徐向军;高建忠;杨永强;单亚廷;孙泽;宋红飞;陈英杰;刘洪柱;顾晓勇;郝海静 申请(专利权)人: 中铁山桥集团有限公司
主分类号: B23K9/18 分类号: B23K9/18;B23K9/16;B23K9/00;B23K35/24;C22C38/58;C22C38/50;C22C38/16
代理公司: 石家庄汇科专利商标事务所 13115 代理人: 王琪
地址: 066205 河北*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 一种 桥梁 q500qe 超低碳贝氏体钢 焊接 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于钢铁材料焊接技术领域,特别是提供了一种桥梁用Q500qE超低碳贝氏体钢的焊接方法。

背景技术

目前,我国铁路、公路交通运输能力的大幅度提升,要求铁路和公路桥梁的建设规模不断扩大,技术水平不断提高,桥梁的功能、结构和建造技术向适应重载高速、大跨度、轻量化、整体性好、安全性高、采用全焊接节点钢结构的方向发展。因此,对桥梁用钢的强度、低温韧性、疲劳、腐蚀等使用性能和焊接性能的要求越来越高,桥梁钢板的最大厚度也超过了50mm。我国现有桥梁钢的强度级别已从Q235q、Q345q、Q370q发展到Q420q,国外桥梁钢强度级别已达到690MPa级或更高级别。随着钢板强度级别的提高,结构发生脆断的危险性越大,因而对桥梁钢低温韧性的指标要求也随之提高,一般要求Q500qE钢板的屈服强度Rel≥500MPa、抗拉强度Rm≥600MPa、伸长率A≥16%、-40℃却贝冲击功≧47J。上述技术条件已列入了我国现行的桥梁钢标准GB/T714-2008《桥梁用结构钢》。

目前,国内桥梁钢最高强度级别为Q420级,Q500级桥梁钢还没有被采用,正在设计中的沪通长江大桥采用Q500qE钢。由于钢板强度级别的提高,对钢板焊接性能的要求也更加严格。桥梁钢应具有良好焊接性能,表现在两个方面,一是钢的淬硬倾向低,焊前不预热或采用较低温度预热即可避免焊接裂纹的产生;二是采用较高热输入或较大热输入焊接,热影响区不产生脆化。为改善Q500qE桥梁钢的焊接性能,降低碳含量是必要的技术途径。近年来,国内钢厂相继开发了超低碳贝氏体钢,这种钢大幅度降低碳含量,采用Cu、Cr、Ni、Mo、Nb和Ti微合金化,适量加入Mn、Si等合金元素,并借助于TMCP钢板轧制技术,促进无碳化物贝氏体转变,产生显著的细化晶粒强化、位错及亚结构强化、析出强化和相变强化效果,从而使钢达到极佳的强韧性匹配,-40℃却贝冲击功的实物水平一般均在200J以上。

根据上述(微)合金化特点,Q500qE超低碳贝氏体钢具有的优良的焊接性能,其原因在于两方面:一是钢中的碳含量一般均低于0.06%,焊接裂纹敏感性指数Pcm小于0.21(注:桥梁钢国标GB/T714-2008规定,当碳含量不大于0.12%时,用焊接裂纹敏感性指数Pcm来评定钢板的焊接性,Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60+V/10+5B),钢板的焊接冷裂纹倾向仍较低,焊前不预热或厚板经较低的温度(80℃~100℃)预热即可避免裂纹的产生。二是超低碳贝氏体钢的合金化特点也促进在它的焊接热影响区发生贝氏体转变,且由于钢中碳含量低且含有微量Ti(0.01%~0.02%),热影响区中马氏体-奥氏体(M-A)岛脆性相的数量相对较少,由此引起的局部脆化倾向相对较低。

但是,根据Q500qE超低碳贝氏体钢的成分控制特点,该钢在较大焊接热输入(≧50KJ/cm)时热影响区仍存在一定的粗晶脆化问题。为防止Q500qE超低碳贝氏体钢的焊接粗晶脆化问题,需要在焊接方法上限制焊接热输入的范围,但是,在某种程度上会牺牲焊接效率,增加建造成本。为了在桥梁的实际建造过程中,兼顾高性能与高效率,使质量与成本达到合理的平衡,还需要在焊接方法上进一步探索,针对桥梁用Q500qE超低碳贝氏体钢特定的成分范围和技术条件,解决该钢的焊接热输入适应性问题及相关的工艺问题。具体包括如下几个方面:

1、焊前预热制度以避免接头产生冷裂纹;

2、焊接热影响区-40℃却贝冲击功≧47J的焊接热输入控制范围;

3、针对该钢的接头形式和板厚,提出合理的坡口形式和焊接方法;

4、针对该钢及接头形式、坡口形式和焊接方法,选用合适的焊接材料;

5、针对该钢及接头形式、坡口形式、焊接方法和焊接材料,提出合适的焊接工艺参数。

Q500qE超低碳贝氏体钢运用于桥梁钢结构的建造,符合桥梁向高参数化发展的方向,所涉及到的焊接方法是确保桥梁建造质量的关键技术。但是,国内外现有的桥梁钢焊接方法对上述问题的解决不存在有针对性的、可以完全移置的技术方案,需要加以新的研究和探索。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种接头力学性能优良,同时焊接效率较高的桥梁用Q500qE超低碳贝氏体钢的焊接方法。

为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:这种桥梁用Q500qE超低碳贝氏体钢的焊接方法,其特征包括:

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