S690QL欧标调质高强度结构钢板完全技术指南：性能参数、焊接工艺与工程应用解析

S690QL在全球超高强度结构钢领域的旗舰地位

在大型海洋工程装备、超高层建筑、重型起重机械等对材料强度和轻量化有着极致要求的领域，S690QL作为EN 10025-6标准体系下的调质高强度细晶粒结构钢，凭借其690MPa级屈服强度、770-940MPa抗拉强度以及-40℃的超低温冲击韧性，成为全球范围内最高强度级别的可焊接结构钢之一，代表着超高强度结构钢领域的先进水平。

S690QL这一牌号的命名遵循EN 10025-6欧洲标准规范体系：“S”代表结构钢（Structural Steel）；“690”代表最小屈服强度值（单位MPa，厚度≤65mm时）；“Q”代表调质状态交货（Quenched and Tempered）；“L”代表低温冲击等级（Low temperature），即-40℃冲击韧性要求。该材料在国际标准中对应国标Q690E，是海洋工程、重型装备、大型桥梁等领域减重设计的核心选材。

一、S690QL的牌号含义与执行标准

1.1 牌号逐字符解析

S690QL的牌号命名遵循EN 10025-6欧洲标准的规范体系：

S：Structural Steel的缩写，表示该材料为结构用钢，是欧标结构钢命名的通用前缀。

690：代表最小屈服强度值（单位MPa），厚度≤65mm时屈服强度不低于690MPa。S690QL的屈服强度是普通Q355钢的两倍，可实现结构减重30-60%。

Q：Quenched and tempered的缩写，代表交货状态为调质（淬火+回火），这是获得超高强度与优良韧性匹配的关键热处理工艺。

L：低温冲击等级，代表-40℃冲击韧性要求。S690QL的冲击试验温度为-40℃，纵向冲击功≥30J。该系列还包括S690Q（-20℃）和S690QL1（-60℃）。

材料数字代号：1.8928，是S690QL在欧标体系中的标准编号。

1.2 执行标准与厚度覆盖

S690QL钢板主要遵循EN 10025-6:2019《热轧结构钢产品 - 第6部分：调质状态下交货的高强度结构钢平板产品技术条件》标准。我国舞阳钢铁等骨干企业可按该标准生产，对应国内牌号Q690E。

厚度覆盖范围：S690QL标准厚度范围6-250mm。舞钢已采用连铸坯成功生产100-150mm厚度规格的S690QL钢板，探伤水平满足用户要求，工艺成本大幅度降低。厚度分级强度要求：

• ≤65mm：屈服≥690MPa，抗拉770-940MPa

• 65-100mm：屈服≥670MPa，抗拉770-940MPa

• 100-150mm：屈服≥630MPa，抗拉720-900MPa

• 150-200mm：屈服≥610MPa，抗拉700-880MPa

• 200-250mm：屈服≥600MPa，抗拉690-870MPa

二、化学成分与合金设计原理

2.1 标准化学成分范围

S690QL采用“超低碳+多元微合金化+调质处理”的精密成分设计思路。根据EN 10025-6标准及企业内控要求，化学成分控制如下：

碳（C） ：≤0.20%，高品质产品控制在0.12-0.18%。超低碳设计是保证焊接性能和-40℃低温韧性的基础。

硅（Si） ：≤0.80%，典型控制在0.20-0.50%。锰（Mn） ：≤1.80%，控制在1.15-1.65%。

磷（P） ：≤0.025%，高品质产品要求≤0.015%。硫（S） ：≤0.010%，高品质产品要求≤0.005%。超低磷硫控制是保证-40℃冲击韧性的关键。

镍（Ni） ：≤2.0%，典型控制在0.05-1.50%。镍是改善低温韧性的关键元素，对于L级-40℃冲击要求至关重要。

铬（Cr） ：≤1.50%。钼（Mo） ：≤0.70%。铌（Nb） ：≤0.06%。钒（V） ：≤0.12%。钛（Ti） ：≤0.05%。

碳当量CEV：根据典型化学成分，20mm厚S690QL钢板的CEV约为0.57%，属于有淬硬倾向但可焊性可控的范围。

2.2 合金设计理念

S690QL的合金化体系体现了“超低碳+多元微合金化+调质处理”的现代超高强度钢设计思路：

超低碳设计：碳含量控制在0.20%以下，是实现优良焊接性和-40℃低温韧性的物质基础。

Ni-Cr-Mo复合强化：镍、铬、钼的复合添加是获得690MPa级屈服强度的关键。镍改善低温韧性，铬提高淬透性，钼增强回火稳定性。S690QL与S690QL1的区别在于镍含量的不同，以满足更低的冲击温度要求（-60℃）。

微合金化复合强化：Nb、V、Ti的复合添加形成多种碳氮化物析出相，钉扎晶界、细化晶粒，是实现细晶强化的核心技术路径。舞钢通过优化合金成分设计、冶炼及浇铸工艺，配合合理的轧钢及热处理措施，成功实现了100-150mm大厚度S690QL钢板的连铸坯生产，替代了传统模铸钢锭，大幅降低了生产成本。

三、力学性能与工艺特性

3.1 拉伸性能

S690QL钢板依据EN 10025-6标准，在不同厚度区间呈现出差异化的强度要求：

厚度≤65mm：屈服强度ReH≥690MPa，抗拉强度770-940MPa，断后伸长率A≥14%。这是S690QL牌号命名的核心依据。

65-100mm：屈服强度≥670MPa，抗拉强度770-940MPa，伸长率≥14%。

100-150mm：屈服强度≥630MPa，抗拉强度720-900MPa，伸长率≥14%。

150-200mm：屈服强度≥610MPa，抗拉强度700-880MPa，伸长率≥14%。

200-250mm：屈服强度≥600MPa，抗拉强度690-870MPa，伸长率≥14%。

3.2 冲击韧性：-40℃超低温性能

冲击韧性是S690QL区别于S690Q的核心优势指标：

冲击试验温度：-40℃。对于QL1等级可扩展至-60℃，满足海洋工程和极地环境的严苛要求。

纵向冲击功要求：三个试样平均值≥30J（10×10mm标准试样），横向冲击功≥27J。

实际产品性能：先进工艺生产的S690QL钢板，-40℃冲击功可远高于标准要求，满足海洋工程装备和极地环境的服役需求。

3.3 轻量化优势——核心价值

S690QL最显著的应用价值在于其轻量化能力。研究表明，使用690MPa级钢材替代传统355MPa级钢材，可实现结构自重降低30-60%。这一减重效果在大型海洋工程、超高层建筑、重型起重机械等领域具有重大经济意义——减少材料用量、降低运输和安装成本、缩短建造周期。

四、热处理工艺与交货状态

4.1 调质工艺（淬火+回火）

S690QL的核心特征是调质（淬火+回火）状态交货，这是获得690MPa级超高强度与优良韧性匹配的关键工序：

淬火工艺：奥氏体化温度通常为900-950℃，保温时间按板厚计算，随后进行水淬。充分的淬火冷却能够获得马氏体组织，这是超高强度的基础。

回火工艺：回火温度通常为600-680℃。回火保温后空冷至室温。高温回火能够消除淬火内应力，改善材料韧性储备，获得回火索氏体组织，实现强度与韧性的最佳匹配。

4.2 特厚板制造技术

舞钢采用连铸坯代替模铸钢锭成功生产100-150mm厚度规格的S690QL钢板，钢板的强韧性匹配良好，探伤水平达到用户使用要求，工艺成本大幅度降低，满足了国内外工程机械行业对低成本大厚度S690QL钢板的需求。

五、焊接工艺要点

S690QL属于调质超高强度钢，焊接是工程应用的核心难点。近年来的研究为S690QL的焊接提供了明确的工艺窗口。

5.1 焊接性分析——热输入是关键

S690QL的碳当量CEV≈0.57%，焊接时面临的主要挑战是冷裂纹和热影响区（HAZ）韧性控制。

热输入对冲击韧性的影响：2025年Springer期刊发表的研究对S690QL钢采用三种热输入（0.8、1.7、2.5 kJ/mm）进行手工电弧焊，系统研究了热输入对焊接接头性能的影响：

• 低热输入（0.8 kJ/mm） ：粗晶区形成细小的自回火马氏体组织，-40℃冲击韧性优良，横向抗拉强度高

• 高热输入（1.7和2.5 kJ/mm） ：原奥氏体晶粒尺寸增大，促进脆性解理断裂，冲击韧性显著下降

推荐工艺窗口：焊接S690QL钢时，建议采用低热输入（≤0.8 kJ/mm） 以控制HAZ晶粒尺寸，确保-40℃冲击韧性。

5.2 预热与层间温度控制

预热温度：根据EN 1011-2标准，建议预热100℃，层间温度不超过175℃。起重铺管船吊机焊接实践中，采用药芯焊丝气保焊（FCAW），严格控制焊接热输入和道间温度。

焊后热处理（PWHT） ：研究表明，对S690QL焊缝施加525℃×2h的PWHT后，焊接接头的力学性能没有显著变化。AWS D1.1:2020设计规范不推荐对屈服强度超过690MPa的调质高强钢进行PWHT。DNV-OS-C401标准要求多道焊接头（屈服强度460-690MPa）的硬度不得超过420HV10。

层间温度控制：应不低于预热温度，且不宜超过250℃，以防热影响区性能劣化。

5.3 GMA激光复合焊接工艺

针对建筑用S690QL高强度结构钢，GMA-激光复合焊接工艺将感应预热应用于焊接过程，研究表明在设置的焊接参数条件下，可获得成形良好的焊接接头。GMA-激光复合焊同时具有GMA焊和激光焊两种工艺的优点，成为电弧焊接工艺的有效替代方法。

六、典型工程应用领域

6.1 大型桥梁——核心应用

S690QL在大型桥梁工程中的应用是其最具代表性的工程实践：

香港将军澳跨湾连接路：该项目钢拱桥采用S690QL高强度结构钢材作为建造材料，大量使用S690QL钢材实现了显著减重——据英国土木工程师学会（ICE）测算，该项目减少碳排放量20,000吨，约为传统钢桥材料及施工工艺的40%。项目同时荣获2022建造业议会创新奖和2023卓越结构奖。

6.2 海洋工程装备

海洋钻井平台：S690QL用于自升式钻井平台桩腿、悬臂梁、升降系统等关键承载结构。使用690MPa级钢材可实现重量减轻30-60%。

大型浮式起重机：起重铺管船吊机采用S690QL钢，通过药芯焊丝气保焊、等强匹配焊材选择，成功应用于塔吊产品生产焊接。

LCO₂运输船储罐：Northern Lights CCS项目中的LCO₂运输船储罐选用50mm厚P690QL2材料（S690QL的低温版本），储罐容量7500m³。

6.3 工程机械与重型装备

矿山与工程机械：S690QL广泛应用于钻机、电铲、矿用汽车、挖掘机、装载机、推土机、各类起重机、煤矿液压支架等机械设备及其他结构件。

超高层建筑：S690QL及其同类产品S690QL1已应用于深圳歌剧院等地标性建筑。120mm厚S690QL1建筑钢已实现国内首次应用。

6.4 减碳与可持续发展

S690QL的高强度特性使其成为绿色低碳建材的代表。通过使用高强度钢材减薄构件尺寸，可显著降低材料用量和施工碳排放。将军澳跨湾大桥项目采用S690QL钢材实现减碳40%的成功实践，为大型基础设施建设的可持续发展提供了重要示范。

七、采购与验收注意事项

为保证S690QL钢板质量满足工程要求，建议采购方在技术协议中明确以下要点：

牌号与标准：明确指定S690QL，注明执行标准EN 10025-6:2019及版本号。如需更低温度冲击，应指定S690QL1（-60℃）。数字代号1.8928可作为辅助标识。

交货状态：明确调质（淬火+回火）状态交货，这是S690QL的强制交货状态。

厚度规格与公差：明确公称厚度、宽度、长度及允许偏差范围。常规厚度6-250mm，特厚板（>150mm）需确认供货能力。

力学性能要求：明确拉伸性能的厚度分组验收标准、-40℃冲击功验收值（纵向≥30J）。

焊接工艺评定：鉴于S690QL对焊接热输入极为敏感，建议采购方在技术协议中明确焊接工艺评定标准。关键工艺包括预热温度（100℃）、层间温度（≤175-250℃）、焊接热输入（推荐≤0.8 kJ/mm）及焊后热处理（通常不推荐）等。