[发明专利]一种屈服强度500MPa级焊接结构钢及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低合金结构钢控制轧制技术领域，特别涉及一种屈服强度500MPa级焊接结构钢及制备方法。尤其涉及一种TMCP+T态，具有屈服强度500MPa以上，集高韧性、低屈强比及耐候和易焊接性能于一体的高性能焊接结构钢及生产方法，用于大跨度、重载钢结构制造。

背景技术

随着中国高速铁路建设，中国铁路桥梁确立了大跨度、重载、高度的发展过程，实现了双片梁六车道、300公里/小时过跨的世界纪录，桥梁跨度突破500米，目前中国在铁路桥梁设计、制造、安装施工及铁路桥梁钢标准上全面处于国际领先水平。桥梁跨度、载荷的增加，导致对钢板性能要求日益提高，在强度要求提高的同时，对钢板低温韧性和焊接性能提出了更高要求，同时在安全性上也越来越严格，又要求钢板具有较低的屈强比；为了适应城市、沿海等大气腐蚀环境，要求钢结构本身有一定的耐大气腐蚀性能。

申请号2010102187851公开了沙钢提出的一种热轧态屈服强度500MPa级耐候桥梁钢及其制造方法。该发明主要采用控轧控冷工艺制备该耐候桥梁钢，该钢的化学成分含有较高的Cr(0.40％～1.0％)，Cr含量高对焊接性能带来不利影响；不进行回火热处理，钢板无法消除钢板残余应力，对改善钢板止裂性能和切割下料板形控制也不利。

本发明提供一种集安全性、高强韧性、易焊接、耐候性及良好加工性能于一体的高性能焊接结构钢及生产方法，满足大跨度、重载及安全性要求的钢结构制造需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种屈服强度500MPa级焊接结构钢及制备方法，解决了止裂性能和焊接性能差的问题。

一种屈服强度500MPa级焊接结构钢，化学成分按质量百分比为：C：0.05～0.07％、Si≤0.3％、Mn：1.5～1.6％、P≤0.012％、S≤0.005％、Cu：0.3～0.35％、Ni：0.40～0.50％、Cr：0.30～0.4％、Mo：0.25～0.30％、Nb：0.03～0.04％、Ti≤0.02％、Alt≤0.04％，余量为Fe及杂质。

要求焊接裂纹敏感性指数Pcm≤0.21％，其中Pcm＝C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B。

成分上通过低碳成分体系，满足低Pcm(≤0.21％)要求保证易焊接性能；添加适当的Cr、Ni、Cu合金，保证钢板耐大气腐蚀性能；通过Nb的细晶强化和控轧控冷工艺保证钢板的高强韧性和低屈强比特点；通过回火热处理消除钢板残余应力，改善钢中针状铁素体形貌，从而改善钢板止裂性能和加工性能。

一种屈服强度500MPa级焊接结构钢的制备方法，具体步骤及参数如下：

1、钢坯加热温度1150～1170℃，在炉时间260～390min；

2、采用双机架两阶段控轧工艺，粗轧阶段终轧温度不低于950℃；精轧阶段，待温厚度为1.8～2.0倍的成品厚度，开轧温度不大于930℃，终轧温度820℃～850℃；

3、轧后待温，钢板温度达到760～730℃时放钢进入ACC冷却，终冷温度400～500℃；钢板堆冷≥24小时后，450～550℃回火处理，在炉时间的分钟数值＝以毫米计的钢板厚度数值*2。

本发明生产的钢板屈服强度达到≥500MPa，抗拉强度630～730MPa，屈强比≤0.86，-40℃纵向冲击功≥200J，Pcm低于0.21％。焊接性能良好，耐大气腐蚀性指数(I)满足ASTMG101不低于6，具有耐大气腐蚀性能，能够满足钢材对结构安全性、易焊接、高强韧性及工程型防断等性能要求。其中：I＝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。

采用该方法的依据是：发挥铌的细晶强化作用，通过控轧控冷使低碳含铌钢获得较高的强韧性；采用较低的开冷温度，使钢中得到一定量的先析铁素体，使钢板获得较低的屈强比；回火处理可以消除钢板残余应力，降低钢板切割下料变形几率，同时轧制后钢板形成的针状铁素体中的板条束钝化，可以大幅提高钢板工程型防断性能(即无塑性转变温度T_NDT不高于-45℃)。

本发明的优点在于：