橋梁鋼板機械性能最佳化途徑分析

浪潮創新科技有限公司 遼寧沈陽 110166

摘要：通過數據處理探究碳當量、成品厚度對應變時效沖擊值的影響，來判斷它們對橋梁鋼板關鍵性能的影響。

關鍵詞：碳當量；成品厚度；應變時效沖擊值

一、前言

應變時效沖擊值（（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鍵因素。近幾年來，在16Mn橋板的7個必檢項目中，應變時效沖擊值不合批數占總不合批數的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性的改進，化學成分偏析、有害夾雜形態控制困難、成品規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，提高特殊規格橋梁板性能合格率的難度就更加大了。本文根據數理統計的結果，探討了碳當量、成品厚度對橋梁鋼板關鍵性能的影響；提出了按碳當量開坯、按碳當量安排軋制規格的方法；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化作了定性或定量的分析。

二、碳當量及成品厚度對時效值的影響

為了研究碳當量（）和成品厚度（h）對時效值的影響，我們隨機抽取了73組生產數據，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：

由相關系數知，Ceq與ak的相關系數r=一0.296，其絕對值大于0.232，置性度為95%，h與ak的相關系數r=一0.499，其絕對值且大于0.302，置性度為99%。相關系數的路一號表明，Ceq和h均與ak負川關。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：

剩余標準偏差=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的樣本統計知，其分布基本遵循正態分布，利用統計數據的均值、標準偏差和橋梁鋼板現行標準值，

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。

碳當量之所以與時效值呈負相關，是因為碳化物的析出必然導致強度增加、韌性降低。故適當降低含碳量，一方面減小時效敏感性，另方面隨著含碳量的降低，珠光體也相應減少，這有利韌性指標的提高。但碳當量的降低卻受到強度指標的制約，特別是采用國際先進水平標準后，各規格檔次的強度指標較原標準普遍提高。因此.只有根據不同的成品厚度來選擇碳當量才最為有利。當鋼板厚度越小，軋制時其壓縮比較大.即容易達到臨界變形程度，故可得到較為均勻細小的鐵素體晶粒。在時效試驗時，試樣的變形均勻，故經人工時效后沖擊功的損失相應減少。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。

將（3）式變為：

（4）式中ak標是現行標準中規定的最小ak值。在Ceq己知的情況下，按照原料規格和成品規格的一般關系，（4）式為按Ceq開坯和安排軋制規格提供了依據。對難軋現格的坯料（260x1300x2500毫米），其Ceq內控為0.36-0.38%，C，Mn允許含量。

三、工藝參數的影響

時效值與終軋溫度的關系比較復雜，在不同的溫度區間有不同的關系。在再結晶區終軋時，時效值隨終軋溫度的升高而增加。因為在高溫區快軋時，硫化物的延伸性較小，其有害作用也較小；同時，在高溫區反復變形再結晶，晶粒細而均勻。壓下率在試驗范圍內影響不甚明顯。在此溫度區間終軋，時效ak與終軋溫度t之間略呈曲線關系，可擬合為（r=0.9945）的曲線。在未再結晶軋制時，雖然爐號相同，成品規格相近，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現，當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、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、分布是影響宏觀指標ak值的關鍵因素因此，并采用適當的工藝制度來保證變形均勻和改變硫化物的形態、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

橋梁鋼板技術進步的歷程

國內橋梁用鋼板的發展起步早，但發展緩慢，工程應用非常被動，20世紀60—8O年代，橋梁鋼實際上僅有16Mnq可供應用，其發展歷程經過了五代變化。1957年以武漢長江大橋的建成通車為標志，萬里長江天塹變通途，也誕生了我國第一代橋梁鋼板，到1968年我國自己設計建設的南京長江大橋應用的橋梁鋼板是Q345級的16Mnq，產生了我國的第二代橋梁鋼板。到1993年九江長江大橋建設時，國內研發應用了第三代橋梁鋼板，Q42O級的15MnVNq和15MnVq橋梁鋼的應用越來越多，但板厚效應嚴重，鐵路橋僅能用到32mm。1999年，以蕪湖長江大橋開始投建為契機，武鋼研發生產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，具有優異的一4O℃低溫沖擊韌性（蕪湖橋標準要求一4O℃AKv≥l2OJ），同時焊接性能也大大提高，可大批量供應32～50mm厚鋼板，武鋼也供應了蕪湖長江大橋建設的全部用鋼。整體焊接結構需要具有良好焊接性能與高韌性，現場焊接施工需要能適應大線能量、高濕度與不預熱的條件。

五、結束語

通過一系列的數據分析研究，選擇合理的碳當量和硫含量較低的原料來軋制特殊規格，并采用適當的工藝制度來保證變形均勻和改變硫化物的形態、分布，是使橋梁鋼板機械性能最佳化的有效途徑。

參考文獻：

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