CN110541117B - 一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢及其制备方法 - Google Patents

一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢及其制备方法：所述钢材含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.051～0.091%，Si：0.41～0.50%，Mn：1.65～2.15%，P：≤0.010%，S：≤0.003%，Nb：0.060～0.090%，Ti：0.015～0.030%，Cr：0.35～0.65%，Ca：0.0019～0.0045%，Ce：0.020～0.040%，余量为Fe及其他不可避免的夹杂；本发明通过低碳含量设计，Nb‑Ti微合金化，控制P、S含量，利用Ca控制钢中夹杂物数量、形态，并适量添加Cr提高钢板强度；通过上述成分控制及钢板的生产工艺控制，制得的钢板强度、低温韧性、焊接性能优良，其中焊接预热温度小于等于30℃，能满足有一定要求的公路桥梁、铁路桥梁及公铁两用桥梁。

Description

一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料技术领域，特别是一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢及其制备方法。
背景技术
随着国家经济建设的发展，高速铁路和高速公路交通的全面推广，大跨度的公铁两用大桥成为沿海高速铁路交通网中关键的节点工程，其中具有大跨度、重载荷的大型桥梁中，钢结构桥梁的应用比例越来越大，铁路桥梁的跨度已经由128m提升到1092m，钢种的强度等级由235MPa提升到500MPa，随着桥梁跨度的提升，其对所用钢板的高强度、高韧性及焊接性能等方面也提出了新的要求。而钢结构桥梁的使用寿命和安全是最为关键的、也是最受重视的问题。钢结构桥梁在制造、安装过程中，焊接是必不可少的步骤，也是关系到桥梁寿命和安全的关键因素之一，因此，低预热或不预热的情况下，焊接性能优良的高性能桥梁钢是业界普遍的需求。
焊接预热，是指针对中高碳钢和低合金钢等在不同温度区间会产生相变的钢种，在焊接开始前，对焊件的全部(或局部)进行加热的工艺。焊接预热的主要目的是降低焊接接头的冷却速度，使钢材焊后能缓慢冷却，防止产生焊接裂纹，特别是冷裂纹。强度级别较高，具有淬硬倾向的低合金结构钢，导热性特别良好的有色金属，厚度较大的焊件焊前往往需要采取预热措施。
正确选择适当的预热温度，是保证预热效果的关键。对于低合金结构钢，过高的预热温度会导致焊缝及热影响区晶粒粗大、力学性能不稳定，热影响区冲击韧度急剧下降，有时还会在焊缝中出现大量气孔。过高的预热温度还要增加设备投资及恶化焊工的操作条件。所以，应该在防止焊接裂纹的条件下，选择较低的预热温度或不预热。
使用屈服强度620MPa级高强度钢种可以完善结构用钢强度等级，避免因钢材厚度过大而在后续加工、焊接过程中产生质量问题，同时也可以减轻结构重量，降低建造成本，减少钢材浪费量，提高结构的可靠性。
但是为了保证钢铁材料的高强高韧性能，受目前国内外桥梁钢领域惯性思维的影响，一般的桥梁钢种通常是添加较多的Si、Cu、Cr、Ni、Mo等合金元素，通常这些元素为固溶强化元素，使铁素体基体的硬度提高，降低塑性，同时显著推迟先共析铁素体转变，使焊接过程中热影响区更容易形成马氏体，造成焊接裂纹产生。与此同时，添加较多的合金元素，导致钢板焊接预热温度提高，工厂施焊时必须预热焊接，预热温度过高会恶化焊接接头性能，降低焊接效率，影响焊接工人工作环境。因此必须通过添加细化晶粒元素，以及成分合理匹配和适当的生产工艺充分细化组织，得到高强度和高韧性及优良焊接性的匹配。
屈服强度620MPa级钢板，抗拉强度通常在720MPa级以上，抗拉强度越高，钢铁材料基体中的可允许最小缺陷尺寸越小，否则钢板的低温冲击韧性难以保证，因此要使钢板兼获得高强度、高韧性和优良焊接性能，是本发明钢需要解决的问题。
在本发明提出之前，有部分涉及桥梁用钢制造领域的同类技术产品，但合金元素添加较多，焊接需要高预热温度，不能满足高强钢的焊接性能要求，且成本偏高。国内主要采用GB/T 714-2015标准中的Cu-Cr-Ni-Mo系列钢种，如Q620q，但使用预热温度限制在75℃以上，且成本偏高，不切合当前的设计要求。
如中国专利“一种低屈强比高性能桥梁钢及其制造方法”，专利申请号201510021680.X，提供的一种桥梁钢，其化学成分按照质量百分比为：C0.04～0.08％，Si0.30～0.50％，Mn 1.10～1.80％，P≤0.009％，S≤0.003％，Als≤0.05％，Ni 0.20～0.50％，Cr 0.30～0.60％，Cu 0.30～0.60％，Ti 0.01～0.03％，Nb 0.02～0.05％，余量为Fe，制造方法是对钢坯两阶段轧制，轧后超快速冷却，空冷至室温；其金相显微组织由高温和低温贝氏体及细化的马-奥岛组元组成。该钢在保证强度的同时，实现了高低温韧性和低屈强比，填补了国内低屈强比、无Mo 桥梁钢的研发空白。但该钢在分设计中添加了较多的合金元素CU、Cr、Ni等，成本偏高，强度偏高，50mm钢板预热温度在50℃以上，实际实焊过程中，预热温度根据环境温度的变化和焊接材料选择会更高，给生产施工带来很大困难。
中国专利“一种低成本高性能桥梁钢及其生产方法”，专利申请号CN201810020004.4，所涉桥梁钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.04-0.09%，Mn：1.40-1.60%，S≤0.0050%，P≤0.015% ，Si：0.10-0.30%，Als ：0.020-0.050%，Nb：0.035-0.055%，Ti：0.006-0.020%，Mo：0-0.20%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、RH精炼、连铸、加热、粗轧、精轧、冷却工序。该高性能桥梁钢不添加Cr、Ni、Cu等昂贵的合金元素，具有低成本的竞争优势，同时具有优良的缺口冲击韧性和低温冲击韧性、可焊性好。但该钢存在以下问题：（1）强度等级低，属于420MPa级，若要提升强度，成分和工艺会发生较大变化；（2）该钢在降温速度4～8℃/s，终冷温度为450～660℃的情况下，采用TMCP工艺生产并不进行回火热处理，因高温大压下、加速冷却、组织转变产生的残余应力得不到充分释放，钢板板型较差，同时钢板焊接时易变形，需要进行热处理消除残余应力，仍然存在施工难度大的问题。
中国专利“一种低成本高性能桥梁钢及其生产方法”，专利申请号CN201810020004.4，提供了一种稀土处理的低预热温度690MPa级高强钢板及其制备方法，其中所述钢板包含化学成分及质量百分比为：C ：0.09～0.15％，Si：0.30～0.45％，Mn：1.58～1.75％，P≤0.02％，S≤0.010％，Nb：0.04～0.08％，V：0.05～0.08％，Ti：0.010～0.020％，Cr：0.20～0.40％，La≤0 .030％，Alt：0.020～0.050％，N≤0.005％，O≤0.004％。该690MPa级高强钢板加入稀土但不加Ni、Mo且具有低预热温度，降低了成本且通过稀土处理提高综合力学性能，延长了使用寿命，具有良好的经济效益。但是该钢50mm厚钢板最低理论预热温度50℃，考虑其它环境因素，实际施焊过程中预热温度会更高；其次该钢属于中碳钢，碳含量相对较高，含有较高的贵重合金元素V，成本较高；最后该钢采用淬火+回火热处理工艺处理，得到一种回火索氏体组织的钢板，成本较高，且目前国内桥梁钢市场普遍不接受此种交货状态的钢种。
通过上述研究可以发现，目前虽然有部分涉及桥梁用钢制造领域的同类技术产品，但合金元素添加较多，焊接需要高预热温度，不能满足高强钢的焊接性能要求，且成本偏高，均不符合高强度桥梁用钢需求，因此，研发一种即能满足钢板高强度、高韧性要求，又能具有优良焊接性能的高强度桥梁用钢板，成为行业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是：针对目前现有的高强度桥梁用钢，存在合金元素添加较多，焊接需要高预热温度，不能满足高强度钢的焊接性能要求，且成本偏高，不符合高强度桥梁用钢需求，提供一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢及其制备方法。
本发明的一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢，所述钢材含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.051～0.091%，Si：0.41～0.50%，Mn：1.65～2.15%，P：≤0.010%，S：≤0.003%，Nb：0.060～0.090%，Ti：0.015～0.030%，Cr：0.35～0.65%，Ca：0.0019～0.0045%，Ce：0.020～0.040%，余量为Fe及其他不可避免的夹杂。
优选地，本发明的一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢，所述钢材含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.055～0.075%，Si：0.42～0.48%，Mn：1.76～1.95%，P：≤0.010%，S：≤0.003%，Nb：0.0.075～0.086%，Ti：0.016～0.025%，Cr：0.48～0.60%，Ca：0.0025～0.0041%，Ce：0.020～0.033%，余量为Fe及其他不可避免的夹杂。
最优选地，本发明的一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢，所述钢材含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.069%，Si：0.45%，Mn：1.85%，P：0.010%，S：0.003%，Nb：0.078%，Ti：0.017%，Cr：0.48%，Ca：0.0036%，Ce：0.023%，余量为Fe及其他不可避免的夹杂。
本发明中所述钢板屈服强度为620～740MPa，抗拉强度为720～840MPa，低温韧性优异，-40℃KV2≥180J，焊接性能优良，焊接接头三区-40℃KV2≥54J，实际施焊预热温度≤30℃。
本发明的一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢的制备方法，包括下述步骤：
（1）铁水脱硫，控制铁水中S≤0.004%；
（2）转炉冶炼，加入Cr铁，控制钢水中C：0.042～0.11%，P≤0.010%；
（3）LF炉精炼，精炼时间≥40min，通过白渣与钢水的充分反应，达到良好的脱硫效果，降低夹杂物对钢种性能的影响，提高低温韧性，同时充分脱除钢水中游离[O]，改善钢中夹杂物水平，提高铸坯冶金质量，出钢过程中加Nb、Ti铁，Ar站喂入Al线，同时严格控制钢水中N的含量至40ppm以下；
（4）RH炉真空处理，真空时间≥15min，冶炼过程中通过喂入Si-Ca线，利用Ca与[O]、[S]较高的亲和力，达到良好的脱气以及改善夹杂物形态的效果，从而改善钢的综合性能，控制钢水中Ca：0.0019～0.0045%；
（5）常规连铸并对铸坯加热，连铸前在二冷区进行电磁搅拌，搅拌辊电流400A，电源频率2～10HZ；其中压下段第9～11段，压下量分别为0.5mm、1.0mm、1.5mm；缓解铸坯中心偏析，铸坯切割后必须堆垛缓冷24h以上，避开铸坯热塑性差的高温脆化区域，防止断坯；在连铸结晶器内喂加Ce稀土丝；控制加热温度在 1180～1220℃，铸坯升温速率控制在9～12min/cm；
（6）进行分段轧制，控制粗轧开轧温度在1050～1180℃，粗轧采取高温大压下，控制粗轧在6～10道次，前三道次压下率≥12%，累计压下率≥70%；控制精轧开轧温度≤950℃，控制精轧终轧温度在800～845℃，控制前三道次每道次压下量≥23mm，最后三道次累计压下率≥36%。
（7）进行冷却，开始冷却温度控制在750～825℃，控制冷却速度在10～30℃/秒，控制返红温度250～350℃；
（8）进行回火热处理，回火温度为（350～450）±15℃，回火时间控制在（板厚mm+100）min，出炉后空冷。
本发明钢中主要化学成分限定理由如下：
C是提高钢材强度性价比最高的元素。碳含量的增加，钢的抗拉强度和屈服强度随之提高，但延伸率和冲击韧性下降，焊接性能下降，焊接热影响区出现淬硬现象，导致焊接冷裂纹的产生。为保证钢板获得良好的综合性能，本发明钢碳元素含量设计为0.051～0.091%。
Si与碳的亲和力很弱，在钢中不与碳化合，但能溶入铁素体，产生固溶强化作用，使得铁素体的强度和硬度提高，但塑性和韧性却有所下降。Si元素添加过多会导致钢板表面质量较差，钢板基体硬度过高，韧性下降的问题。当Si含量增大时，会促进岛状马氏体形成，对焊接热影响区韧性有害，可见，Si对强度有一定帮助，但含量不可过高。本发明钢的Si含量控制在0.41%～0.50%范围内可满足要求。
Mn是重要的强韧化元素，随着Mn含量的增加，钢的强度明显增加，含1%的Mn大约可提高抗拉强度100MPa，但Mn元素容易在钢中偏析，特别容易在中厚钢板的1/4和1/2厚度出偏析，从而造成低温韧性的强烈降低，甚至出现冲击断口分层的现象，本发明钢力学性能要求较高，本发明钢将Mn含量设计为1.65～2.15%。
P、S是钢中的杂质元素。P具有一定的提高耐腐蚀性作用，但P是一种易于偏析的元素，在钢的局部产生严重偏析，降低塑性及韧性，对低温韧性极为有害。S元素在钢中易于偏析和富集，是对耐腐蚀性能用害的元素，同时形成的MnS夹杂为塑性夹杂，在钢板轧制和展宽过程中易于被轧制成长条圆饼状，对于钢板纵横向冲击极为有害，特别对于高强度钢中出现的Mn/S夹杂，与基体接触界面较大，接触面原子排列紊乱能量较高，裂纹以及点蚀均易从夹杂物与基体接触处产生。因此本发明钢，在冶金质量方面严格控制了硫、磷含量水平，即P≤0.010%，S≤0.003%，优选的S：≤0.001%，以满足钢种对纯净度、冲击韧性、焊接性能的要求。
Ca元素可以对MnS夹杂进行球化处理，并分散其大小，防止MnS夹杂在轧制过程中形成长条形塑性形状，而形成分散的球状，并且细化硫化物夹杂尺寸，改善钢板的各项异性。本发明将Ca元素含量控制为0.0019～0.0045%。
Ti、Nb是两种强烈的碳化物和氮化物形成元素，能最大程度细化奥氏体晶粒和铁素体晶粒，由于析出物分解温度较高，且不易长大，沉淀强化作用强，结合轧制过程，应变诱导析出，使Nbx（CN）y钉扎在位错上，使位错在较高的温度下不易合并，提高其高温强度和低温韧性。本发明将Ti、Nb元素含量控制为Ti：0.015～0.030%、Nb：0.060～0.090%。这是本发明钢的显著特点之一，一般高性能桥梁钢大多采用添加Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、V等合金元素来提高钢的综合性能，本发明钢跳出思维定势，显著增加细化晶粒的活性元素Ti、Nb，改善钢材性能，降低生产成本。
Cr也是提高钢板高温强度最有效的元素。Cr元素还可以提高腐蚀的均匀性，抑制局部腐蚀。本发明将Cr含量控制为：0.35～0.65%。
Ce元素为稀土元素，稀土元素可以脱除钢中的O、S等有害元素，微合金化可以改变稀土夹杂物的变形能力，尤其是对Al2O3夹杂物起变性作用，可改善钢种的疲劳性能和低温韧性，加入适量的稀土元素Ce，既可以弥补不添加贵重合金元素Ni带来的低温韧性损失，同时也可改善钢的疲劳性能，这是桥梁钢的关键应用指标之一。本发明将Ce含量控制为：0.020～0.040%。
本发明钢生产工艺设定的理由如下：
（1）炼钢工艺
本发明钢冶炼时在转炉加入Cr铁，出钢后添加Nb、Ti铁，合金充分溶解均匀，在Ar站和RH炉中分别添加Al线和Si-Ca线，同时严格控制钢水中N的含量。冶炼时真空时间设定（真空处理时间不小于15min），可较好的降低钢中杂质、气体含量。为改善中心偏析，连铸前必须进行电磁搅拌和动态轻压下处理，缓解铸坯中心偏析。铸坯切割后必须缓冷，避开高温脆化区域，防止断坯。
（2）钢板轧制、冷却工艺
本发明钢按低合金钢工艺进行轧制。轧制前铸坯加热温度为1180～1220℃，加热速率为9～15min/cm，确保铸坯温度均匀。粗轧采取高温大压下，经过奥氏体晶粒破碎—晶粒回复长大—晶粒再破碎，从而充分破碎奥氏体晶粒，提高钢板强度低温韧性。精轧时，在≤950℃开轧，避开奥氏体部分再结晶区域，在未再结晶区轧制，避免混晶。
保证充足的压缩比≥3倍，使得变形奥氏体中产生高畸变的变形积累，形成大量形变带和高密度位错。终轧后，形变位错将发生回复和多边形化，从而细化组织，提高钢板的强度和韧性。
同时，Nb是强烈的碳化物和氮化物形成元素，能最大程度细化奥氏体晶粒和铁素体晶粒，由于析出物分解温度较高，且不易长大，沉淀强化作用强。轧制过程中，应变诱导析出，使NbCN钉扎在位错上，使位错在较高的温度下不易合并，提高其高温强度和低温韧性。
因此，合适的轧制工艺为：控制粗轧开轧温度在1050～1180℃，控制精轧开轧温度≤950℃，控制精轧终轧温度在800～845℃，控制前三道次每道次压下量≥23mm，最后三道次累计压下率≥36%。
开冷温度控制在750～825℃，冷却速度在10～30℃/秒，返红温度250～350℃。这是本发明钢的创新点之一。目前桥梁钢大多采用350～600℃的返红温度，得到中温转变组织贝氏体或贝氏体+铁素体，这种工艺情况下，钢板冷却后在冷床发生组织转变，产生组织应力，极易产生变形，钢板板型发生变化，给精整工序带来大量问题，造成大量改判品。本发明钢改变冷却工艺，适当降低开冷温度，在冷却前先形成部分先共析铁素体，得到软相组织，然后高冷却速度10～30℃/秒的情况下，快速冷却，钢板返红温度250～350℃，组织转变已经完成，钢板在冷床不会发生板型变化。
（3）热处理工艺
TMCP工艺生产的钢板因高温大压下、加速冷却、组织转变产生的残余应力得不到充分释放，钢板板型较差，同时钢板焊接时易变形，需要进行热处理消除残余应力，为后续焊接低预热温度或不预热创造条件。本发明的创新点之二是选择中低温长时间回火，工艺为：回火温度（350～450）±15℃，回火时间控制在（板厚mm+100）min，出炉后空冷。正常情况下，此类铁素体+贝氏体组织钢种，消应力回火温度在500℃以上，回火时间不宜过长，以免钢中Cu、V析出相含量增加，钢板屈服强度上升，屈强比超标。本发明钢不添加Cu、V等合金元素，且采用中低温回火，对钢板性能不产生明显的影响，仅通过长时间的低温回火，消除或减轻钢中残余应力水平，为后续钢板的加工、应用及焊接，特别是焊接创造条件。
本发明的钢具有如下优点：
（1）钢板生产工艺简单，强度高（屈服强度：620～740MPa，抗拉强度720～840MPa），低温韧性优异，-40℃KV2≥180J，焊接性能优良，焊接接头三区-40℃KV2≥54J，实际施焊预热温度小于等于30℃；
（2）通过低碳设计，Nb-Ti微合金化，控制P、S含量，利用Ca控制钢中夹杂物数量、形态，并适量添加Cr提高钢板强度；
（3）本发明钢可用于对钢板强度、低温韧性、焊接性能等均有一定要求的公路桥梁、铁路桥梁及公铁两用桥梁。可以有效减少桥梁用钢量，降低桥梁自重，降低维护成本，提高使用安全性。
附图说明
图1是本发明实施例10制备的52mm厚钢板焊接小铁研；
图2是图1中小铁研试验结果（施焊温度，常温）。
具体实施方式
为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。
下表1为本发明各实施例及对比实施例钢板中所含化学成分的质量百分含量列表；
下表2、表3为本发明各实施例及对比实施例钢板的主要工艺步骤中各工艺参数的取值列表；
下表4为本发明各实施例及对比例钢板的力学性能及焊接性能测试结果列表；
下表5为本发明实施例中典型厚度钢板与对比例钢板的焊接性能对比列表。
本发明各实施例的一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢的制备方法，包括下述步骤：
（1）铁水脱硫，控制铁水中S≤0.004%；
（2）转炉冶炼，加入Cr铁，控制钢水中C：0.042～0.11%，P≤0.010%；
（3）LF炉精炼，精炼时间≥40min，通过白渣与钢水的充分反应，达到良好的脱硫效果，降低夹杂物对钢种性能的影响，提高低温韧性，同时充分脱除钢水中游离[O]，改善钢中夹杂物水平，提高铸坯冶金质量，出钢过程中加Nb、Ti铁，Ar站喂入Al线，同时严格控制钢水中N的含量至40ppm以上；
（4）RH炉真空处理，真空时间≥15min，冶炼过程中通过喂入Si-Ca线，利用Ca与[O]、[S]较高的亲和力，达到良好的脱气以及改善夹杂物形态的效果，从而改善钢的综合性能，控制钢水中Ca：0.0019～0.0045%；
（5）常规连铸并对铸坯加热，连铸前在二冷区进行电磁搅拌，搅拌辊电流400A，电源频率2～10HZ；其中压下段第9～11段，压下量分别为0.5mm、1.0mm、1.5mm；缓解铸坯中心偏析，铸坯切割后必须堆垛缓冷24h以上，避开铸坯热塑性差的高温脆化区域，防止断坯；在连铸结晶器内喂加Ce稀土丝；控制加热温度在 1180～1220℃，铸坯升温速率控制在9～12min/cm；
（6）进行分段轧制，控制粗轧开轧温度在1050～1180℃，粗轧采取高温大压下，控制粗轧在6～10道次，前三道次压下率≥10%，累计压下率≥70%；控制精轧开轧温度≤950℃，控制精轧终轧温度在800～845℃，控制前三道次每道次压下量≥23mm，最后三道次累计压下率≥36%；
（7）进行冷却，开始冷却温度控制在750～825℃，控制冷却速度在10～30℃/秒，控制返红温度250～350℃；
（8）进行回火热处理，回火温度为（350～450）±15℃，回火时间控制在（板厚mm+100）min，出炉后空冷。
表1 本发明各实施例及对比实施例钢板中所含化学成分的质量百分含量列表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2 本发明各实施例及对比实施例钢板的主要工艺步骤中各工艺参数的取值列表
Figure 986462DEST_PATH_IMAGE002
表3 本发明各实施例及对比实施例钢板的主要工艺步骤中各工艺参数的取值列表（续）
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表4 本发明各实施例及对比例钢板的力学性能及焊接性能测试结果列表
Figure 811592DEST_PATH_IMAGE004
表5 本发明实施例中典型厚度钢板与对比例钢板的焊接性能对比列表
Figure DEST_PATH_IMAGE005
从表1～表4可以看出，本发明钢制造工艺简单，实物性能水平如下：屈服强度：635～685MPa，抗拉强度740～800MPa，低温韧性优异，-40℃KV2≥240J，焊接性能优良，焊接热影响区-40℃KV2≥54J。经过大量试验验证及综合比较，本发明实施例3的成分设计及工艺参数设计为本发明最优设计。
参见表5，取实施例中的典型厚度钢板（焊接试验遵循规格覆盖原则。一般情况下会选取厚薄典型规格钢板进行抗裂焊接试验，随着厚度的增加，钢板的焊接性能劣化）与对比钢种做焊接性能对比试验，可以看出本发明钢种实际施焊预热温度小于等于30℃，而对比钢种则分别需要40℃和70℃的焊接预热温度。
参见图1，图2，是采用本发明实施例10制备的52mm厚度钢板进行焊接试验的图，从图中可以看出钢板抗裂性能优异，表面和断面裂纹率为0，且不需要预热。综合而言，本发明钢具备良好的综合性能，可用于对钢板强度、低温韧性、焊接性能等均有一定要求的公路桥梁、铁路桥梁及公铁两用桥梁。可以有效减少桥梁用钢量，降低桥梁自重，降低维护成本，提高使用安全性。
上述实施例仅仅是示例性的解释说明本发明，并不以任何形式限制本发明，任何人在依据本发明权利要求的原理下对本发明进行的任何内容或形式上的非实质性的改变，均应视为落入本发明权利要求的实质保护范围内。

Claims (4)

1.一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢，其特征在于：所述钢材含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.051～0.091%，Si：0.41～0.50%，Mn：1.65～2.15%，P：≤0.010%，S：≤0.003%，Nb：0.060～0.090%，Ti：0.015～0.030%，Cr：0.35～0.65%，Ca：0.0019～0.0045%，Ce：0.020～0.040%，余量为Fe及其他不可避免的夹杂；
所述高性能桥梁钢的制备方法，包括下述步骤：
（1）铁水脱硫，控制铁水中S≤0.004%；
（2）转炉冶炼，加入Cr铁，控制钢水中C：0.042～0.11%，P≤0.010%；
（3）LF炉精炼，精炼时间≥40min，通过白渣与钢水的充分反应，达到良好的脱硫效果，降低夹杂物对钢种性能的影响，提高低温韧性，同时充分脱除钢水中游离[O]，改善钢中夹杂物水平，提高铸坯冶金质量，出钢过程中加Nb、Ti铁，Ar站喂入Al线，同时严格控制钢水中N的含量至40ppm以下；
（4）RH炉真空处理，真空时间≥15min，冶炼过程中通过喂入Si-Ca线，利用Ca与[O]、[S]较高的亲和力，达到良好的脱气以及改善夹杂物形态的效果，从而改善钢的综合性能，控制钢水中Ca：0.0019～0.0045%；
（5）常规连铸并对铸坯加热，连铸前在二冷区进行电磁搅拌和动态轻压下处理，搅拌辊电流400A，电源频率2～10HZ；其中压下段第9～11段，压下量分别为0.5mm、1.0mm、1.5mm；缓解铸坯中心偏析，铸坯切割后必须堆垛缓冷24h以上，避开铸坯热塑性差的高温脆化区域，防止断坯；在连铸结晶器内喂加Ce稀土丝；控制加热温度在 1180～1220℃，铸坯升温速率控制在9～12min/cm；
（6）进行分段轧制，控制粗轧开轧温度在1050～1180℃，粗轧采取高温大压下，控制粗轧在6～10道次，前三道次压下率≥10%，累计压下率≥70%；控制精轧开轧温度≤950℃，控制精轧终轧温度在800～845℃，控制前三道次每道次压下量≥23mm，最后三道次累计压下率≥36%；
（7）进行冷却，开始冷却温度控制在750～825℃，控制冷却速度在10～30℃/秒，控制返红温度250～350℃；
（8）进行回火热处理，回火温度为（350～450）±15℃，回火时间控制在（板厚mm+100）min，出炉后空冷。
2.根据权利要求1所述的一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢，其特征在于：所述钢材含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.055～0.075%，Si：0.42～0.48%，Mn：1.76～1.95%，P：≤0.010%，S：≤0.003%，Nb：0.0.075～0.086%，Ti：0.016～0.025%，Cr：0.48～0.60%，Ca：0.0025～0.0041%，Ce：0.020～0.033%，余量为Fe及其他不可避免的夹杂。
3.根据权利要求1所述的一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢，其特征在于：所述钢材含有下述质量百分比含量的化学成分：C：0.069%，Si：0.45%，Mn：1.85%，P：0.010%，S：0.003%，Nb：0.078%，Ti：0.017%，Cr：0.48%，Ca：0.0036%，Ce：0.023%，余量为Fe及其他不可避免的夹杂。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种低预热温度焊接的620MPa级高性能桥梁钢，其特征在于：所述钢板屈服强度为620～740MPa，抗拉强度为720～840MPa，低温韧性优异，-40℃KV2≥180J，焊接性能优良，焊接接头三区-40℃KV2≥54J，实际施焊预热温度≤30℃。
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