橋梁鋼板機械性能最佳化途徑分析

浪潮創(chuàng)新科技有限公司 遼寧沈陽 110166

摘要：通過數(shù)據(jù)處理探究碳當(dāng)量、成品厚度對應(yīng)變時效沖擊值的影響，來判斷它們對橋梁鋼板關(guān)鍵性能的影響。

關(guān)鍵詞：碳當(dāng)量；成品厚度；應(yīng)變時效沖擊值

一、前言

應(yīng)變時效沖擊值（（ak）是低合金橋梁鋼板（16Mn橋）的重要機械性能之一，也是限制16Mn橋板熱軋性能合格率提高的關(guān)鍵因素。近幾年來，在16Mn橋板的7個必檢項目中，應(yīng)變時效沖擊值不合批數(shù)占總不合批數(shù)的39.6-73.6%。從市場情況來看，隨著大跨度焊接橋梁興起，窄而長（L>16米）橋板的需求量與日

俱增。由于冶煉工藝未取得實質(zhì)性的改進，化學(xué)成分偏析、有害夾雜形態(tài)控制困難、成品規(guī)格與坯料的矛盾迫使采取縱軋到底的不利軋制方式，更加劇了硫化物等有害夾雜的作用。因此，提高特殊規(guī)格橋梁板性能合格率的難度就更加大了。本文根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計的結(jié)果，探討了碳當(dāng)量、成品厚度對橋梁鋼板關(guān)鍵性能的影響；提出了按碳當(dāng)量開坯、按碳當(dāng)量安排軋制規(guī)格的方法；并就軋制工藝、顯微組織、夾雜物分布對橋梁鋼板機械性能優(yōu)化作了定性或定量的分析。

二、碳當(dāng)量及成品厚度對時效值的影響

為了研究碳當(dāng)量（）和成品厚度（h）對時效值的影響，我們隨機抽取了73組生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分別以Ceq和h為自變量，以ak為因變量進行了一元線性回歸，得到的回歸方程為：

由相關(guān)系數(shù)知，Ceq與ak的相關(guān)系數(shù)r=一0.296，其絕對值大于0.232，置性度為95%，h與ak的相關(guān)系數(shù)r=一0.499，其絕對值且大于0.302，置性度為99%。相關(guān)系數(shù)的路一號表明，Ceq和h均與ak負(fù)川關(guān)。即ak值隨Ceq.h的增加而減少；而h對ak的.影響要比Ceq顯著。

綜合Ceq和h對ak的作用，我們以Ceq和h為自變量，以二k為因變量進行了二元線性回歸，得到的回歸一方程是：

剩余標(biāo)準(zhǔn)偏差=0.927，方差比F=13.40。由于F=13.40故所得到的二元回歸方程是高度顯著的。通過對ak的樣本統(tǒng)計知，其分布基本遵循正態(tài)分布，利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和橋梁鋼板現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)值，

可以估計ak的合格率為：

即ak合格率的估計道為88.88%}，而1986年ak實際合格率為91.3%0，估計值和實際值僅差2.42%，回歸方程的精度是顯而易見的。

碳當(dāng)量之所以與時效值呈負(fù)相關(guān)，是因為碳化物的析出必然導(dǎo)致強度增加、韌性降低。故適當(dāng)降低含碳量，一方面減小時效敏感性，另方面隨著含碳量的降低，珠光體也相應(yīng)減少，這有利韌性指標(biāo)的提高。但碳當(dāng)量的降低卻受到強度指標(biāo)的制約，特別是采用國際先進水平標(biāo)準(zhǔn)后，各規(guī)格檔次的強度指標(biāo)較原標(biāo)準(zhǔn)普遍提高。因此.只有根據(jù)不同的成品厚度來選擇碳當(dāng)量才最為有利。當(dāng)鋼板厚度越小，軋制時其壓縮比較大.即容易達(dá)到臨界變形程度，故可得到較為均勻細(xì)小的鐵素體晶粒。在時效試驗時，試樣的變形均勻，故經(jīng)人工時效后沖擊功的損失相應(yīng)減少。不過，時效值隨鋼板厚度的增大而減小只能是在一定的厚度范圍以內(nèi)。

將（3）式變?yōu)椋?/p>

（4）式中ak標(biāo)是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最小ak值。在Ceq己知的情況下，按照原料規(guī)格和成品規(guī)格的一般關(guān)系，（4）式為按Ceq開坯和安排軋制規(guī)格提供了依據(jù)。對難軋現(xiàn)格的坯料（260x1300x2500毫米），其Ceq內(nèi)控為0.36-0.38%，C，Mn允許含量。

三、工藝參數(shù)的影響

時效值與終軋溫度的關(guān)系比較復(fù)雜，在不同的溫度區(qū)間有不同的關(guān)系。在再結(jié)晶區(qū)終軋時，時效值隨終軋溫度的升高而增加。因為在高溫區(qū)快軋時，硫化物的延伸性較小，其有害作用也較??；同時，在高溫區(qū)反復(fù)變形再結(jié)晶，晶粒細(xì)而均勻。壓下率在試驗范圍內(nèi)影響不甚明顯。在此溫度區(qū)間終軋，時效ak與終軋溫度t之間略呈曲線關(guān)系，可擬合為（r=0.9945）的曲線。在未再結(jié)晶軋制時，雖然爐號相同，成品規(guī)格相近，由于終軋溫度從860℃降低到820℃時，其ak值的變化也較明顯，仍呈曲線變化，可近似擬合為的曲線。

雖然，1}4號試樣的平均晶粒度級別差不多，但由于2號樣和4號樣的晶粒不均勻，故

沖擊值較低。其實質(zhì)性的原因是，因為這兩批鋼板在8200C附近終軋，且壓下率又較小，不能達(dá)到該溫度下的臨界變形程度，沿厚度方向變形不均勻，晶粒大小也不均勻。而不均勻晶粒的試樣在預(yù)拉伸時必然是變形不均勻，故其ak值一也低。從試樣的顯微組織檢驗還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硫化物夾雜成仿錘狀在鋼中分散分布時，即使晶粒度級別低一點.其ak值也較高。用870238乙罐原料坯軋制厚度為40毫米的5143、5144兩批和用370309甲罐原料坯軋制厚度為32毫米的5329，5930兩批對照，其結(jié)果就清楚地說明了這一點。

雖然5143，5144兩批樣的晶粒比5929，5930兩批樣的粗，但由于其硫化物夾雜級別較低，形態(tài)、分布也較好，故其ak值要高微觀檢驗表明，晶粒的均勻程度，硫化物夾雜的級別及形態(tài)、分布是影響宏觀指標(biāo)ak值的關(guān)鍵因素因此，并采用適當(dāng)?shù)墓に囍贫葋肀ＷC變形均勻和改變硫化物的形態(tài)、分布，是使橋梁鋼板機械性能最佳化的有效途徑。

四、高性能橋梁用系列鋼

橋梁鋼板技術(shù)進步的歷程

國內(nèi)橋梁用鋼板的發(fā)展起步早，但發(fā)展緩慢，工程應(yīng)用非常被動，20世紀(jì)60—8O年代，橋梁鋼實際上僅有16Mnq可供應(yīng)用，其發(fā)展歷程經(jīng)過了五代變化。1957年以武漢長江大橋的建成通車為標(biāo)志，萬里長江天塹變通途，也誕生了我國第一代橋梁鋼板，到1968年我國自己設(shè)計建設(shè)的南京長江大橋應(yīng)用的橋梁鋼板是Q345級的16Mnq，產(chǎn)生了我國的第二代橋梁鋼板。到1993年九江長江大橋建設(shè)時，國內(nèi)研發(fā)應(yīng)用了第三代橋梁鋼板，Q42O級的15MnVNq和15MnVq橋梁鋼的應(yīng)用越來越多，但板厚效應(yīng)嚴(yán)重，鐵路橋僅能用到32mm。1999年，以蕪湖長江大橋開始投建為契機，武鋼研發(fā)生產(chǎn)了我國第四代橋梁鋼板，Q37O級的14MnNbq，該鋼采用降碳加鈮合金超純凈的冶金方法，具有優(yōu)異的一4O℃低溫沖擊韌性（蕪湖橋標(biāo)準(zhǔn)要求一4O℃AKv≥l2OJ），同時焊接性能也大大提高，可大批量供應(yīng)32～50mm厚鋼板，武鋼也供應(yīng)了蕪湖長江大橋建設(shè)的全部用鋼。整體焊接結(jié)構(gòu)需要具有良好焊接性能與高韌性，現(xiàn)場焊接施工需要能適應(yīng)大線能量、高濕度與不預(yù)熱的條件。

五、結(jié)束語

通過一系列的數(shù)據(jù)分析研究，選擇合理的碳當(dāng)量和硫含量較低的原料來軋制特殊規(guī)格，并采用適當(dāng)?shù)墓に囍贫葋肀ＷC變形均勻和改變硫化物的形態(tài)、分布，是使橋梁鋼板機械性能最佳化的有效途徑。

參考文獻：

[1] 栗懷廠 鄭凱鋒 茍超.大跨橋梁鋼主梁抗風(fēng)性能的高效計算方法研究[J].鋼結(jié)構(gòu)2011，26（2）：84-878.

[2] 羅堯治 婁榮 劉海峰空間鋼結(jié)構(gòu)臨時支撐布置的應(yīng)變能跟蹤算法[J].浙江大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版，2010，44（12）：2332-2336