[发明专利]髙抗蠕变低温高韧性桥梁用铸钢材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种厚度为200mm，同时既能保证材料的强度和韧性满足设计要求，又能保证材料焊接性的髙抗蠕变低温高韧性桥梁用铸钢材料及制备方法，属铸钢材料制造领域。 

背景技术

中国目前桥梁用钢主要是采用GB/T714-2008《桥梁用结构钢》规定的系列材料，主要分三大类：铁路桥梁用钢、公路桥梁用钢、跨海桥梁用钢。 

中国的铁路桥梁钢的发展自1957年的武汉长江大桥（A3钢）开始，经历了南京长江大桥（16Mnq）,九江长江大桥（15MnVNq）到1998年的芜湖长江大桥（14MnNbq）,四个标志性的阶段。材料的屈服强度从A3钢大于等于240MPa-16Mnq钢大于等于320Mpa-15MnVNq钢大于等于412MPa(板厚≤16mm)-14MnNbq大于等于370MPa(板厚32-50mm)。 

中国公路桥梁钢多选用Q345、Q370等，也有使用Q420钢。 

跨海大桥用钢主要集中与管桩钢、通航主桥的桥梁钢、栏面护栏以及带肋钢筋。管桩钢的材质主要是Q345C，规格范围为16～25mm之间，大部分为热轧卷板；通航主桥的桥梁钢的材质主要集中于Q345D级别，规格为10～50mm之间，主要为平板产品；护拦用钢的材质为Q345D/Q390D，规格为4～25mm之间。 

传统的桥梁用钢主要是C-Si-Mn系列，其中C含量一般控制0.20%以下，Mn含量一般在1.0%以上，主要用在厚度不大于100mm的桥梁用结构钢板、钢带和厚度不大于40mm的桥梁用结构型钢。对于要求较高的桥梁钢铸件材料，目前用的最多主要是美国公路桥梁用钢（ASTM A486/A486M）的485级、620级和825级。由于本产品采用的是铸造成型，虽然美国公路桥梁用钢（ASTM A486/A486M）的825级在力学强度上能达到要求，但是该强度值只适用厚度不大于50mm的铸件，而本产品的厚度为200mm,远远超出该标准的适用范围，因此选用该材料很难满足产品的设计要求。 

从GB/T714-2008《桥梁用结构钢》和美国公路桥梁用钢（ASTM A486/A486M）所能达到的力学性能来分析，目前提高钢材综合性能最多的是采用微合金化技术，对于厚度不大于100mm的桥梁用结构钢板、钢带和厚度不大于40mm的桥梁用结构型钢，采用添加Nb、V、Ti元素进行细化，通过轧制和采取相应的热处理工艺，能大大提高材料的综合性能，但是一般屈服强度也在490MPa以下。 

对于厚度尺寸达200mm的承压座铸件，仅仅利用对原材料进行微合金化，很难达到产品设计的性能要求。与强度等级相匹配现行的低合金钢一般是含碳量在0.35%以上的Cr-Mo钢或者含碳量在0.30%以上的Cr-Ni-Mo钢经调质处理才能达到。 而这两类钢的碳当量C_eq值都超过0.41，焊接性能极差。 

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种厚度为200mm，同时既能保证材料的强度和韧性满足设计要求，又能保证材料焊接性的髙抗蠕变低温高韧性桥梁用铸钢材料及制备方法。 

设计方案：髙抗蠕变低温高韧性桥梁用铸钢件材料是申请人在参与美国新海湾大桥项目建设过程中专门为该项目承压座铸钢件开发的一种新的桥梁用铸钢材料。由于美国新海湾大桥是世界第一单塔自锚抗震悬索钢结构桥梁，被视为世界上最昂贵、抗地震技术含量最高（可抗8级地震）、寿面最长（150年）的桥梁，能确保每天30万辆车通过。根据大桥对铸件的设计要求，设计者对铸件机械性能提出了不仅要有很高的强度，同时必须有优良的低温冲击韧性及良好的抗腐蚀能力和氧化能力，并且由于该铸件要与其他结构件焊接，要适应野外无法预热焊接要求，因此必须严格控制碳当量，保证铸件的可焊性。由于该铸件厚度相对比较厚，为了确保铸件整体的性能，因此要求在铸件本体（厚度200mm）芯部分纵、横两个方向取样试验（见图2），具体性能要求如下： 

σ_s≥480MPa, σ_b：700～850MPa,δ₅≥22%，ψ≥35% 

Akv(-20℃) ≥42J（且最小侧向伸长0.4mm）

C_eq=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+（Cu/13+P/2）≤0.41%

(当Cu＜0.5%或P＜0.05%时，可不计入)。