本發(fā)明屬于冶金，涉及一種500mpa級抗輻照耐候橋梁鋼及其制備方法。

背景技術：

1、隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,橋梁作為交通運輸?shù)闹匾M成部分也得到了飛速發(fā)展。橋梁鋼廣泛運用于鐵路、跨江、跨海等重點橋梁建設工程中。傳統(tǒng)意義上的橋梁鋼存在耐候性能差、維護成本高等缺點，已不能完全滿足當前愈加嚴苛的服役環(huán)境。對橋梁鋼的綜合性能要求由高強度轉變?yōu)閮?yōu)良的綜合性能，主要表現(xiàn)在高強韌性、高抗斷性、高耐蝕性和良好的焊接性能等。

2、中國正在積極推進西部建設，川藏鐵路、跨江和跨峽谷等復雜地質區(qū)域對橋梁的服役性能提出更高的要求。高原環(huán)境具有運輸困難、高寒、大溫差、強紫外線等特點，要求鋼材具有輕量化、易成型和耐候性能等。當前對耐候橋梁鋼的研發(fā)主要集中400mpa級耐候橋梁鋼，服役環(huán)境主要涉及海洋大氣腐蝕、工業(yè)廢氣污染腐蝕等，針對高原環(huán)境用抗輻照耐候橋梁鋼研究較少。因此，亟需開發(fā)出更高級別的抗輻照耐候橋梁鋼以滿足嚴酷高原環(huán)境建設橋梁的重大需求，在保證橋梁結構安全的基礎上降低建設企業(yè)的成本，對延長橋梁的使用壽命和減少維護成本以及促進相關產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排，具有重要的實際意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供一種高原環(huán)境用500mpa級抗輻照耐候橋梁鋼及其制備方法，生產(chǎn)的鋼能滿足嚴酷高原環(huán)境橋梁用鋼使用性能并盡可能降低鋼的生產(chǎn)成本。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：

3、一種500mpa級抗輻照耐候橋梁鋼，鋼的化學組成質量百分比為c≤0.12%，cr=0.5%～0.8%，ni=0.25%～0.45%，mo=0.1%～0.3%，cu=0.2%～0.4%，mn=0.8%～1.4%，si=0.3%～0.5%，ti=0.01%～0.03%，nb=0.02%～0.04%，p≤0.006%，s≤0.005%，其余為fe及不可避免的雜質；鋼的屈服強度≥500?mpa，抗拉強度≥640?mpa，斷后伸長率a≥20%，-40℃?沖擊功≥140j，在高紫外輻照強度1.0～1.5?w/m2的條件下生成腐蝕銹層致密且384h腐蝕后基體腐蝕速率為0.45～0.60?mm/y。

4、一種500mpa級抗輻照耐候橋梁鋼的制備方法，包括以下關鍵步驟：

5、s1冶煉：按既定的化學組成質量百分比進行冶煉，經(jīng)過鐵水預脫硫，轉爐頂?shù)讖秃洗禑?；出鋼時采用渣洗及全程底吹氬工藝，并向鋼包中加入脫氧劑、高碳錳鐵、硅鐵和鉻鐵完成初步脫氧合金化，出鋼溫度為1620～1640℃；

6、s2?lf-rh精煉：lf爐中以80～120?l/min的氬氣流量進行全程底吹，加入合金元素cr、mn、ni、mo和cu，合金熔解并均勻化后進行脫氧、脫硫、去除夾雜；在rh爐讓鋼水進一步合金化，將各元素含量控制在設定范圍內；當真空度小于2?mbar時進行凈循環(huán)處理10min以上，出鋼溫度控制在1560～1600℃；

7、s3連鑄控軋：將rh爐精煉工序的出鋼鋼水在無碳保護渣或者超低碳保護渣的保護澆注條件下通過連鑄機澆注成連鑄坯，連鑄過程中溫度控制在1520～1560℃；鋼坯在加熱爐中加熱溫度為1100～1200℃，加熱時間3～4h；粗軋溫度950～1100℃，精軋的開軋溫度為800～850℃，終軋溫度760～810℃，精軋累計下壓量為65%～70%；

8、s4冷卻：軋制后軋件經(jīng)層流冷卻至500～560℃，冷卻速度為20～25℃/s。

9、本發(fā)明的抗輻照耐候橋梁鋼中各合金成分的作用機理如下：

10、c影響鋼的綜合性能。當鋼中含c量過高時，c原子在晶界上以碳化物的形式析出，會顯著提高強度。但是碳含量過高不僅會降低鋼塑韌性以及焊接性能，而且晶界形成的碳化物也會對在耐蝕性能產(chǎn)生不利影響，增加晶界的電化學腐蝕敏感性進而誘使晶間腐蝕的發(fā)生。因此，為了提高基體合金元素的利用效率，在開發(fā)耐候性鋼種的過程中要嚴格控制基體中c含量保持在較低水平。

11、si主要固溶在鋼中起到固溶強化的作用。但是si含量過高會降低鋼的韌性和焊接性能。

12、mn是固溶強化元素，能提高奧氏體穩(wěn)定性并有利于低溫轉變組織。但是mn含量過高會產(chǎn)生帶狀偏析進而影響組織均勻性。

13、cr能顯著提高淬透性，并且因提升耐蝕能力顯著而廣泛應用于耐蝕鋼生產(chǎn)。

14、cu能提高鋼的淬透性，在鋼中起固溶強化和沉淀強化作用。不僅有利于提升耐候性，而且有利于提高鋼的低溫韌性。

15、mo能提高鋼的淬透性，提高鋼的強度，也能促進貝氏體的轉變。但是過高的mo含量會惡化低溫韌性和焊接接頭性能。在耐蝕方面，mo能提高耐點蝕性能提高，但會增加成本。

16、ni能提高淬透性,具有一定的固溶強化作用，且能顯著改善鋼材的低溫韌性。此外，ni能顯著提高鋼的耐候性，但是ni會增加生產(chǎn)成本。

17、ti是強氮化物形成元素，ti的氮化物能有效釘扎奧氏體晶界,有助于控制奧氏體晶粒的長大。

18、nb可以提高奧氏體再結晶溫度,使變形的奧氏體處于未再結晶狀態(tài)以得到非常細小的晶粒尺寸。同時，nb是強碳氮化合物形成元素，能在鋼中起沉淀強化的作用。

19、p和s：p使鋼的塑性、韌性降低。從腐蝕角度看，p是陽極去極化劑，能加速鋼的均勻溶解和fe2+的氧化速度，進而顯著提高耐候鋼的耐蝕性。s的存在會增加冷熱裂紋敏感性，降低抗氫脆能力。此外，p和s易形成成分偏析，含p、s元素的夾雜物會誘發(fā)點蝕等局部腐蝕。

20、不可避免的雜質元素主要指?o、h和pb、sn、as、sb、bi等有害元素。

21、本發(fā)明通過添加中cr、mn、ni、mo和cu元素，設計開發(fā)出微合金化抗輻照耐候橋梁鋼，在滿足嚴酷高原環(huán)境用抗輻照耐候橋梁鋼使用性能的條件下盡可能降低成本。

22、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明的高原環(huán)境用500mpa級抗輻照耐候橋梁鋼具有優(yōu)異的抗紫外輻照能力，穩(wěn)定致密的銹層能很好的延緩腐蝕，具有優(yōu)異的耐候性能。并且制備工藝較為簡單，高效節(jié)能，是兼具耐蝕性和經(jīng)濟性良好的海洋建筑結構用耐蝕鋼筋。

技術特征：

1.一種500mpa級抗輻照耐候橋梁鋼，其特征在于：鋼的化學組成質量百分比為c≤0.12%，cr=0.5%～0.8%，ni=0.25%～0.45%，mo=0.1%～0.3%，cu=0.2%～0.4%，mn=0.8%～1.4%，si=0.3%～0.5%，ti=0.01%～0.03%，nb=0.02%～0.04%，p≤0.006%，s≤0.005%，其余為fe及不可避免的雜質；鋼的屈服強度≥500?mpa，抗拉強度≥640?mpa，斷后伸長率a≥20%，-40℃沖擊功≥140?j，在高紫外輻照強度1.0～1.5w/m2的條件下生成腐蝕銹層致密且384h腐蝕后基體腐蝕速率為0.45～0.60?mm/y。

2.一種500mpa級抗輻照耐候橋梁鋼的制備方法，其特征在于包括以下關鍵步驟：

技術總結
本發(fā)明提供了一種500MPa級抗輻照耐候橋梁鋼及其制備方法，鋼的化學組成質量百分比為C≤0.12%，Cr=0.5%～0.8%，Ni=0.25%～0.45%，Mo=0.1%～0.3%，Cu=0.2%～0.4%，Mn=0.8%～1.4%，Si=0.3%～0.5%，Ti=0.01%～0.03%，Nb=0.02%～0.04%，P≤0.006%，S≤0.005%，其余為Fe及不可避免的雜質；工藝步驟包括按既定的元素成分質量百分比進行冶煉，LF?RH精煉，連鑄控軋，控溫冷卻。制備的橋梁鋼具有優(yōu)異的抗輻照耐候性能，在滿足使用性能的同時造價較低，在高原等強烈紫外輻照環(huán)境橋梁結構中具有穩(wěn)定的性能。

技術研發(fā)人員：高擎,武會賓,范明,周文浩,巨銀軍,張志慧,熊祥江,史術華,王記銘,陳潛,李中平,陳奇明,彭清
受保護的技術使用者：湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6