一种抗震高强度耐候桥梁钢板Q690qENHZ35及其生产方法与流程

本发明属于宽厚板生产领域，具体涉及到一种厚度在10mm～150mm的抗震高强度耐候桥梁q690qenhz35钢板及其生产方法。

背景技术：

随着国家对交通运输行业的投资力度的增加，高速公路、铁路网建设和跨江河、跨海湾通道的建设的工程与日俱增，需要大量的桥梁钢，而且对桥梁钢的性能要求也不断提高，桥梁用钢高强度、长寿命、可焊接性、安全性等方面的需求越来越迫切，发展q690mpa级强度级别，兼备高强韧性、抗震、耐大气腐蚀、抗层状撕裂性能的新一代桥梁钢成为迫切所需。

q690qenhz35钢板要求，低焊接裂纹敏感性要求ceq≤0.65％，pcm≤0.25％，抗震性能要求屈强比≤0.85，断后伸长率分别≥13％，耐候系数i≥6.0，-40℃kv2≥80j，要求保ⅰ级探伤、保耐候性能的抗层状撕裂性能的高强韧性桥梁钢，为桥梁建筑技术的进一步发展提供基本材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种厚度在10mm～150mm的抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35。

本发明的另一目的在于提供一种抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35的生产方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz3，其厚度为10-150mm，包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：c：0.05～0.12、si：0.08～0.25、mn：0.09～1.45、p≤0.012、s≤0.003、als：0.015～0.050、nb：0.025～0.040、cr：0.50～1.0、mo：0.25～0.80、v：0.040～0.080，ni：0.80～1.85、cu：0.25～0.35、ti：0.010～0.020、b：0.0008～0.00135，其它为fe和残留元素，随着钢板厚度在10mm～150mm之间变化，合金成分也由低变高；碳当量ceq＝c+mn/6+si/24+ni/40+cr/5+mo/4+v/14≤0.65％，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≤0.25％，

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≥6.0。

一种抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35的生产方法，包括以下步骤来实现：

1)铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤30mm，铁水经kr搅拌脱硫后保证铁水s≤0.003％，保证脱硫周期≤20min、脱硫温降≤20℃；

2)钢水冶炼浇铸：入炉铁水s≤0.003％、p≤0.080％，铁水温度≥1280℃，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤28mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩；对钢水的纯净度严格控制，钢水中非金属夹杂物的总级别控制在2.0以内，并严格钢水中五大有害元素的含量，提高耐腐蚀性能的夹杂物选择控制技术；

3)lf精炼：采用低磷钢lf精炼工艺+vd真空脱气处理，控制lf精炼脱氧剂、合金类别的使用，以此获得钢质纯净的钢水，降低钢水中的p、s、si等有害元素及n、h、o等气体，确保在精炼过程中使钢水中的夹杂物及气体得到充分的去除，同时不带入新的夹杂物和其它合金元素，精炼过程中合理调整钢水成份，精炼结束后合理控制离站温度，保证浇注正常进行；lf精炼前进行一次vd脱碳处理，确保成品碳含量在设计范围，vd定氢≤1.2ppm；

4)连铸：连铸浇注过程中，利用浇铸温度按照1560-1565℃进行控制，模铸浇铸过程中，利用水冷模铸本体快速冷却，达到近似定向凝固的效果，来改善铸锭内部偏析、疏松等缺陷，并使内部组织致密、成分相对均匀，解决电渣锭成本高价格昂贵，以及常规模铸内部质量一般的问题，通过连铸和模铸两种方式来保证≥3.0倍压缩比；

5)加热轧制：轧制过程中控制加热温度使钢坯均匀烧透不过烧，铸坯加热时间11±1min/mm、铸锭15±1min/mm；在轧制时，采用两阶段轧制，晾钢厚度1.5～2.0倍；一阶段采用高温低速大压下轧制，进钢速度1.0～2.0m/s，；二阶段开轧前使用acc快速冷却至奥氏体未在结晶区温度，使得组织晶粒二次叠加细化、组织均匀；轧制过程中，采用“高温、低速、大压下”工艺及“差温轧制”轧制法，充分发挥3800mm轧机大轧制力优势，使形变在厚度方向充分渗透至中心，充分破碎原始铸态组织，使钢板晶粒均匀细化，同时进一步愈合铸锭内部疏松缺陷。

利用“差温轧制”，即利用除磷箱或acc或高压水冷却钢坯表面温度，增强坯壳强度，形成内部温度高，表面温度低，有利于轧制力的渗透，内部变形大，表面变形小，解决特厚板轧制过程中存在的轧制变形难以渗透到钢板心部、钢板微裂纹难以压合及钢板再结晶不充分，心部和钢板表面晶粒差距大的问题,增加钢板轧制时的心部变形，提高钢坯中心缺陷(微裂纹、疏松、缩孔)的愈合效率，提高组织均匀性，从而减少待温时间、提高轧制效率、减少二次氧化铁皮生产。

6)预淬火处理：为了获得回火后钢板的最佳强韧性匹配，理想的淬火组织并非单一的马氏体组织；如果钢板淬火后获得单一的马氏体组织，原奥氏体晶粒将形成板条相对粗大的马氏体，不利于钢板韧性的提高。如果以适当的淬火速度进行冷却时，在过冷奥氏体中由最先形成的晶内铁素体首先把奥氏体晶粒分割成许多小块，随后过冷到bs/ms点以下，在已被分割的小块内形成各种不同取向的板条贝氏体/马氏体，可以细化贝氏体/马氏体板条束，得到板条贝氏体/马氏体加铁素体的混合组织，有利于韧性的提高；预淬火处理的温度为920±30℃，预淬火处理的保温时间为2.0±4min/mm。

7)亚温淬火处理和回火处理：热处理过程中，通过两相区的亚温淬火，保留部分未溶的铁素体阻止已转变的奥氏体长大，且由于钢板出炉到入水前有3min的传输时间，此时在贝氏体/马氏体相变开始前，在晶内会形成不同取向的晶内铁素体，它们把奥氏体一定量的晶粒分割成多个区域，在冷到贝氏体/马氏体转变开始温度后，被分割的各区内不同取向亚晶界上的析出物促使贝氏体/马氏体在各亚晶界形核，亚晶的取向差引起各亚晶贝氏体/马氏体束方向不同，并且各束贝氏体/马氏体的长大过程受亚晶界的限制；通过亚温淬火来控制屈强比，并达到细化奥氏体晶粒及最终组织，且最终组织中的铁素体有阻碍裂纹扩展、降低屈强比提高抗震性的作用，提高的贝氏体/马氏体的冲击韧性，并改善了钢种残留有害元素的分布，使其均匀的分布在细化后晶粒的晶界上，总晶界面积明显增多，单位晶界面积上的有害元素(p、s、sb、sn)含量较少，有效的一直了有害元素在晶界上偏聚，完成良好低温冲击韧性、高强度低屈强比抗震、抗层状撕裂性能于一体的抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35；亚温淬火处理的温度为830±20℃，亚温淬火处理的保温时间为2.0±4min/mm；回火处理的温度为620±50℃，回火处理的保温时间为4±1min/mm。

为保证钢板焊接性能，可以保证碳当量ceq≤0.65％，焊接裂纹敏感性指数pcm≤0.25％，其公式分别为ceq＝c+mn/6+si/24+ni/40+cr/5+mo/4+v/14，pcm＝c+si/30+mn/20+cu/20+ni/60+cr/20+mo/15+v/10+5b，并且保证i≥6.0来提高其耐大气腐蚀性能，其中耐候系数

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，且需保证其为-40℃低温冲击韧性较好的组织，并保证其抗震性即屈强比≤0.85的要求，利用ni、cr、mo的固溶强化、微合金化元素nb、v、ti碳化物的沉淀析出强化，使原始奥氏体晶粒保持细化，并添加b元素提高钢的淬透性，以保证调质后得到优异的强韧性。

本发明采用低p、低si设计及轧制过程中精轧后三道次压下量按照50～80mm/道控制，使形变在厚度方向充分渗透至中心，有效焊合和啮合铸锭或铸坯内部疏松等缺陷，充分破碎原始铸态组织，使钢板晶粒均匀细化，同时进一步愈合铸锭内部疏松缺陷，实现抗震、抗层状撕裂；p虽提高钢的耐大气腐蚀性能，但使钢材偏析严重，增加回火脆性，并降低钢的塑性、韧性，不利于钢后续的焊接；si能显著提高韧脆转变温度且降低钢的焊接性能，所以在高强韧性钢中适当降低si的含量是合适的，通过适当增加cu、cr、ni、mo元素的含量来提高强度，并提高钢的抗大气腐蚀性能，特别是mo元素能大幅提高耐沿海大气腐蚀性能；另外，nb、v、ti等微合金元素对韧性、强度以及可焊性都至关重要，通过加b来提高钢的淬透性，相对减少合金元素的含量，有利于保证钢的焊接性能。

附图说明

下面结合附图及实施例，对本发明的技术特征做进一步描述。

图1是本发明实施例中的150mm钢板在厚度1/4截面上的金相组织。

图2是本发明实施例中的150mm钢板在厚度1/2截面上的金相组织。

具体实施方式

成分设计：厚度在10～150mm之间的抗震高强度耐候桥梁钢板q460gjnhfrez35包含如下质量百分比的化学成分(单位，wt％)：c：0.05～0.12、si：0.08～0.25、mn：0.09～1.45、p≤0.012、s≤0.003、als：0.015～0.050、nb：0.025～0.040、cr：0.50～1.0、mo：0.25～0.80、v：0.040～0.080，ni：0.80～1.85、cu：0.25～0.35、ti：0.010～0.020、b：0.0008～0.00135，其它为fe和残留元素，且随着钢板厚度在10mm～150mm之间变化，合金成分也由低变高；

且ceq＝c+mn/6+si/24+ni/40+cr/5+mo/4+v/14≤0.65％，

pcm＝c+si/30+mn/20+cu/20+ni/60+cr/20+mo/15+v/10+5b≤0.25％，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≥6.0。

抗震高强度耐候桥梁钢板的碳当量ceq≤0.65％，低焊接裂纹敏感性系数pcm≤0.25％，耐候系数i≥6.0，屈强比≤0.85，抗层状撕裂性能z≥35％，断后伸长率≥13％，-40℃kv2≥80j。

表110/100/150mm抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35成分(wt％)

生产厚度10～150mm抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35，其工艺流程为：优质铁水、kr铁水预处理、120吨顶底复吹转炉、lf炉精炼、真空脱气处理、铸锭堆冷24～60小时、连铸坯/铸锭加热、轧制、堆冷、淬火+亚温淬火+回火、精整、外检、探伤、入库。具体的生产方法如下：

铁水预处理工艺：到站铁水必须扒前渣与扒后渣，保证液面渣层厚度≤30mm，铁水经kr搅拌脱硫后保证铁水s≤0.003％，保证脱硫周期≤20min、脱硫温降≤20℃；

冶炼浇铸工艺：入炉铁水s≤0.003％、p≤0.080％，铁水温度≥1280℃，出钢前用挡渣塞挡前渣出钢，出钢结束前采用挡渣锥挡渣，保证渣层厚度≤28mm，转炉出钢过程中要求全程吹氩。为获得钢质纯净的钢水，降低钢水中的p、s、si等有害元素及n、h、o等气体，采用低磷钢lf精炼工艺+vd真空脱气处理，控制lf精炼脱氧剂、合金类别的使用，确保在精炼过程中使钢水中的夹杂物及气体得到充分的去除，同时不带入新的夹杂物和其它合金元素，精炼过程中合理调整钢水成份，精炼结束后合理控制离站温度，保证浇注正常进行。另外，lf精炼前进行一次vd脱碳处理，确保成品碳含量在设计范围。vd真空度必须达到67pa以下，保压时间必须≥9min，覆盖剂，保证铺满钢液面，加覆盖剂前必须关闭氩气，上钢温度1566±15℃。vd定氢≤1.2ppm。并利用连铸、模铸两种方式来保证≥3.0倍压缩比；

连铸浇注过程中，利用浇铸温度按照1560-1565℃进行控制，模铸浇铸过程中，利用水冷模铸本体快速冷却，达到近似定向凝固的效果，来改善铸锭内部偏析、疏松等缺陷，并使内部组织致密、成分相对均匀，解决电渣锭成本高价格昂贵，以及常规模铸内部质量一般的问题；

轧制过程中控制加热温度使钢坯均匀烧透不过烧，铸坯加热时间11±1min/mm、铸锭15±1min/mm。在轧制时，采用两阶段轧制，晾钢厚度1.5～2.0倍；一阶段采用高温低速大压下轧制，进钢速度1.0～2.0m/s，；二阶段开轧前使用acc快速冷却至奥氏体未在结晶区温度，使得组织晶粒二次叠加细化、组织均匀。轧制过程中，采用“高温、低速、大压下”工艺及“差温轧制”轧制法，充分发挥3800mm轧机大轧制力优势，使形变在厚度方向充分渗透至中心，充分破碎原始铸态组织，使钢板晶粒均匀细化，同时进一步愈合铸锭内部疏松缺陷；

利用“差温轧制”，即利用除磷箱或acc或高压水冷却钢坯表面温度，增强坯壳强度，形成内部温度高，表面温度低，有利于轧制力的渗透，内部变形大，表面变形小，解决特厚板轧制过程中存在的轧制变形难以渗透到钢板心部、钢板微裂纹难以压合及钢板再结晶不充分，心部和钢板表面晶粒差距大的问题,增加钢板轧制时的心部变形，提高钢坯中心缺陷(微裂纹、疏松、缩孔)的愈合效率，提高组织均匀性，从而减少待温时间、提高轧制效率、减少二次氧化铁皮生产。

为了获得回火后钢板的最佳强韧性匹配，理想的淬火组织并非单一的马氏体组织。如果钢板淬火后获得单一的马氏体组织，原奥氏体晶粒将形成板条相对粗大的马氏体，不利于钢板韧性的提高。如果以适当的淬火速度进行冷却时，在过冷奥氏体中由最先形成的f首先把奥氏体晶粒分割成许多小块，随后过冷到bs/ms点以下，在已被分割的小块内形成各种不同取向的板条贝氏体/马氏体，可以细化贝氏体/马氏体板条束，得到板条贝氏体/马氏体加铁素体的混合组织，有利于韧性的提高。热处理过程中，通过两相区的亚温淬火，保留部分未溶的铁素体阻止已转变的奥氏体长大，且由于钢板出炉到入水前有～3min的传输时间，此时在贝氏体/马氏体相变开始前，在晶内会形成不同取向的晶内铁素体，它们把奥氏体一定量的晶粒分割成多个区域，在冷到贝氏体/马氏体转变开始温度后，被分割的各区内不同取向亚晶界上的析出物促使贝氏体/马氏体在各亚晶界形核，亚晶的取向差引起各亚晶贝氏体/马氏体束方向不同，并且各束贝氏体/马氏体的长大过程受亚晶界的限制。

通过亚温淬火来控制屈强比，并达到细化奥氏体晶粒及最终组织，且最终组织中的铁素体有阻碍裂纹扩展、降低屈强比提高抗震性的作用，提高的贝氏体/马氏体的冲击韧性，并改善了钢种残留有害元素的分布，使其均匀的分布在细化后晶粒的晶界上，总晶界面积明显增多，单位晶界面积上的有害元素(p、s、sb、sn)含量较少，有效的一直了有害元素在晶界上偏聚，完成良好低温冲击韧性、高强度低屈强比抗震、抗层状撕裂性能于一体的抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35。预淬火处理的温度为920±30℃，预淬火处理的保温时间为2.0±4min/mm。亚温淬火处理的温度为830±20℃，亚温淬火处理的保温时间为2.0±4min/mm。回火处理的温度为620±50℃，回火处理的保温时间为4±1min/mm。

表2抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35热处理工艺

检测分析：钢板的力学性能试件取样位置及试样制备按照标准gb/t5313及gb/t2975规定进行。低温冲击韧性试验按gb/t229标准进行，拉伸性能试验按gb/t228标准进行，弯曲性能试验按gb/t232标准进行。

表310、100、150mm抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35钢板性能

从以上数据来看，钢板有良好的低温冲击韧性，并且板厚1/4、1/2，钢板冲击韧性良好，抗层状撕裂性能良好，抗震性能良好。

由上述试验结果可见，抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35组织致密，满足z35级别抗撕裂钢的技术要求，各项性能及指标均满足抗震高强度耐候桥梁钢板q690qenhz35用钢要求。

外检及探伤：所研制的钢板外检，正品率100％，最终钢板探伤达到jb/t5000.15-1998《重型机械通用技术条件锻钢件无损探伤》的i级探伤要求。