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浪潮创新科技有限公司 辽宁沈阳 110166
摘要：通过数据处理探究碳当量、成品厚度对应变时效冲擊值的影响，来判断它们对桥梁钢板关键性能的影响。
关键词：碳当量；成品厚度；应变时效冲击值
一、前言
应变时效冲击值（（ak）是低合金桥梁钢板（16Mn桥）的重要机械性能之一，也是限制16Mn桥板热轧性能合格率提高的关键因素。近几年来，在16Mn桥板的7个必检项目中，应变时效冲击值不合批数占总不合批数的39.6-73.6%。从市场情况来看，随着大跨度焊接桥梁兴起，窄而长（L>16米）桥板的需求量与日
俱增。由于冶炼工艺未取得实质性的改进，化学成分偏析、有害夹杂形态控制困难、成品规格与坯料的矛盾迫使采取纵轧到底的不利轧制方式，更加剧了硫化物等有害夹杂的作用。因此，提高特殊规格桥梁板性能合格率的难度就更加大了。本文根据数理统计的结果，探讨了碳当量、成品厚度对桥梁钢板关键性能的影响；提出了按碳当量开坯、按碳当量安排轧制规格的方法；并就轧制工艺、显微组织、夹杂物分布对桥梁钢板机械性能优化作了定性或定量的分析。
二、碳当量及成品厚度对时效值的影响
为了研究碳当量（）和成品厚度（h）对时效值的影响，我们随机抽取了73组生产数据，分别以Ceq和h为自变量，以ak为因变量进行了一元线性回归，得到的回归方程为：
由相关系数知，Ceq与ak的相关系数r=一0.296，其绝对值大于0.232，置性度为95%，h与ak的相关系数r=一0.499，其绝对值且大于0.302，置性度为99%。相关系数的路一号表明，Ceq和h均与ak负川关。即ak值随Ceq.h的增加而减少；而h对ak的.影响要比Ceq显著。
综合Ceq和h对ak的作用，我们以Ceq和h为自变量，以二k为因变量进行了二元线性回归，得到的回归一方程是：
剩余标准偏差=0.927，方差比F=13.40。由于F=13.40故所得到的二元回归方程是高度显著的。通过对ak的样本统计知，其分布基本遵循正态分布，利用统计数据的均值、标准偏差和桥梁钢板现行标准值，
可以估计ak的合格率为：
即ak合格率的估计道为88.88%}，而1986年ak实际合格率为91.3%0，估计值和实际值仅差2.42%，回归方程的精度是显而易见的。
碳当量之所以与时效值呈负相关，是因为碳化物的析出必然导致强度增加、韧性降低。故适当降低含碳量，一方面减小时效敏感性，另方面随着含碳量的降低，珠光体也相应减少，这有利韧性指标的提高。但碳当量的降低却受到强度指标的制约，特别是采用国际先进水平标准后，各规格档次的强度指标较原标准普遍提高。因此.只有根据不同的成品厚度来选择碳当量才最为有利。当钢板厚度越小，轧制时其压缩比较大.即容易达到临界变形程度，故可得到较为均匀细小的铁素体晶粒。在时效试验时，试样的变形均匀，故经人工时效后冲击功的损失相应减少。不过，时效值随钢板厚度的增大而减小只能是在一定的厚度范围以内。
将（3）式变为：
（4）式中ak标是现行标准中规定的最小ak值。在Ceq己知的情况下，按照原料规格和成品规格的一般关系，（4）式为按Ceq开坯和安排轧制规格提供了依据。对难轧现格的坯料（260x1300x2500毫米），其Ceq内控为0.36-0.38%，C，Mn允许含量。
三、工艺参数的影响
时效值与终轧温度的关系比较复杂，在不同的温度区间有不同的关系。在再结晶区终轧时，时效值随终轧温度的升高而增加。因为在高温区快轧时，硫化物的延伸性较小，其有害作用也较小；同时，在高温区反复变形再结晶，晶粒细而均匀。压下率在试验范围内影响不甚明显。在此温度区间终轧，时效ak与终轧温度t之间略呈曲线关系，可拟合为（r=0.9945）的曲线。在未再结晶轧制时，虽然炉号相同，成品规格相近，由于终轧温度从860℃降低到820℃时，其ak值的变化也较明显，仍呈曲线变化，可近似拟合为的曲线。
虽然，1}4号试样的平均晶粒度级别差不多，但由于2号样和4号样的晶粒不均匀，故
冲击值较低。其实质性的原因是，因为这两批钢板在8200C附近终轧，且压下率又较小，不能达到该温度下的临界变形程度，沿厚度方向变形不均匀，晶粒大小也不均匀。而不均匀晶粒的试样在预拉伸时必然是变形不均匀，故其ak值一也低。从试样的显微组织检验还发现，当硫化物夹杂成仿锤状在钢中分散分布时，即使晶粒度级别低一点.其ak值也较高。用870238乙罐原料坯轧制厚度为40毫米的5143、5144两批和用370309甲罐原料坯轧制厚度为32毫米的5329，5930两批对照，其结果就清楚地说明了这一点。
虽然5143，5144两批样的晶粒比5929，5930两批样的粗，但由于其硫化物夹杂级别较低，形态、分布也较好，故其ak值要高微观检验表明，晶粒的均匀程度，硫化物夹杂的级别及形态、分布是影响宏观指标ak值的关键因素因此，并采用适当的工艺制度来保证变形均匀和改变硫化物的形态、分布，是使桥梁钢板机械性能最佳化的有效途径。
四、高性能桥梁用系列钢
桥梁钢板技术进步的历程
国内桥梁用钢板的发展起步早，但发展缓慢，工程应用非常被动，20世纪60—8O年代，桥梁钢实际上仅有16Mnq可供应用，其发展历程经过了五代变化。1957年以武汉长江大桥的建成通车为标志，万里长江天堑变通途，也诞生了我国第一代桥梁钢板，到1968年我国自己设计建设的南京长江大桥应用的桥梁钢板是Q345级的16Mnq，产生了我国的第二代桥梁钢板。到1993年九江长江大桥建设时，国内研发应用了第三代桥梁钢板，Q42O级的15MnVNq和15MnVq桥梁钢的应用越来越多，但板厚效应严重，铁路桥仅能用到32mm。1999年，以芜湖长江大桥开始投建为契机，武钢研发生产了我国第四代桥梁钢板，Q37O级的14MnNbq，该钢采用降碳加铌合金超纯净的冶金方法，具有优异的一4O℃低温冲击韧性（芜湖桥标准要求一4O℃AKv≥l2OJ），同时焊接性能也大大提高，可大批量供应32～50mm厚钢板，武钢也供应了芜湖长江大桥建设的全部用钢。整体焊接结构需要具有良好焊接性能与高韧性，现场焊接施工需要能适应大线能量、高湿度与不预热的条件。
五、结束语
通过一系列的数据分析研究，选择合理的碳当量和硫含量较低的原料来轧制特殊规格，并采用适当的工艺制度来保证变形均匀和改变硫化物的形态、分布，是使桥梁钢板机械性能最佳化的有效途径。
参考文献：
[1] 栗怀厂 郑凯锋 苟超.大跨桥梁钢主梁抗风性能的高效计算方法研究[J].钢结构 2011，26（2）：84-878.
[2] 罗尧治 娄荣 刘海峰空间钢结构临时支撑布置的应变能跟踪算法[J].浙江大学学报：工学 版，2010，44（12）：2332-2336
摘要：通过数据处理探究碳当量、成品厚度对应变时效冲擊值的影响，来判断它们对桥梁钢板关键性能的影响。
关键词：碳当量；成品厚度；应变时效冲击值
一、前言
应变时效冲击值（（ak）是低合金桥梁钢板（16Mn桥）的重要机械性能之一，也是限制16Mn桥板热轧性能合格率提高的关键因素。近几年来，在16Mn桥板的7个必检项目中，应变时效冲击值不合批数占总不合批数的39.6-73.6%。从市场情况来看，随着大跨度焊接桥梁兴起，窄而长（L>16米）桥板的需求量与日
俱增。由于冶炼工艺未取得实质性的改进，化学成分偏析、有害夹杂形态控制困难、成品规格与坯料的矛盾迫使采取纵轧到底的不利轧制方式，更加剧了硫化物等有害夹杂的作用。因此，提高特殊规格桥梁板性能合格率的难度就更加大了。本文根据数理统计的结果，探讨了碳当量、成品厚度对桥梁钢板关键性能的影响；提出了按碳当量开坯、按碳当量安排轧制规格的方法；并就轧制工艺、显微组织、夹杂物分布对桥梁钢板机械性能优化作了定性或定量的分析。
二、碳当量及成品厚度对时效值的影响
为了研究碳当量（）和成品厚度（h）对时效值的影响，我们随机抽取了73组生产数据，分别以Ceq和h为自变量，以ak为因变量进行了一元线性回归，得到的回归方程为：
由相关系数知，Ceq与ak的相关系数r=一0.296，其绝对值大于0.232，置性度为95%，h与ak的相关系数r=一0.499，其绝对值且大于0.302，置性度为99%。相关系数的路一号表明，Ceq和h均与ak负川关。即ak值随Ceq.h的增加而减少；而h对ak的.影响要比Ceq显著。
综合Ceq和h对ak的作用，我们以Ceq和h为自变量，以二k为因变量进行了二元线性回归，得到的回归一方程是：
剩余标准偏差=0.927，方差比F=13.40。由于F=13.40故所得到的二元回归方程是高度显著的。通过对ak的样本统计知，其分布基本遵循正态分布，利用统计数据的均值、标准偏差和桥梁钢板现行标准值，
可以估计ak的合格率为：
即ak合格率的估计道为88.88%}，而1986年ak实际合格率为91.3%0，估计值和实际值仅差2.42%，回归方程的精度是显而易见的。
碳当量之所以与时效值呈负相关，是因为碳化物的析出必然导致强度增加、韧性降低。故适当降低含碳量，一方面减小时效敏感性，另方面随着含碳量的降低，珠光体也相应减少，这有利韧性指标的提高。但碳当量的降低却受到强度指标的制约，特别是采用国际先进水平标准后，各规格档次的强度指标较原标准普遍提高。因此.只有根据不同的成品厚度来选择碳当量才最为有利。当钢板厚度越小，轧制时其压缩比较大.即容易达到临界变形程度，故可得到较为均匀细小的铁素体晶粒。在时效试验时，试样的变形均匀，故经人工时效后冲击功的损失相应减少。不过，时效值随钢板厚度的增大而减小只能是在一定的厚度范围以内。
将（3）式变为：
（4）式中ak标是现行标准中规定的最小ak值。在Ceq己知的情况下，按照原料规格和成品规格的一般关系，（4）式为按Ceq开坯和安排轧制规格提供了依据。对难轧现格的坯料（260x1300x2500毫米），其Ceq内控为0.36-0.38%，C，Mn允许含量。
三、工艺参数的影响
时效值与终轧温度的关系比较复杂，在不同的温度区间有不同的关系。在再结晶区终轧时，时效值随终轧温度的升高而增加。因为在高温区快轧时，硫化物的延伸性较小，其有害作用也较小；同时，在高温区反复变形再结晶，晶粒细而均匀。压下率在试验范围内影响不甚明显。在此温度区间终轧，时效ak与终轧温度t之间略呈曲线关系，可拟合为（r=0.9945）的曲线。在未再结晶轧制时，虽然炉号相同，成品规格相近，由于终轧温度从860℃降低到820℃时，其ak值的变化也较明显，仍呈曲线变化，可近似拟合为的曲线。
虽然，1}4号试样的平均晶粒度级别差不多，但由于2号样和4号样的晶粒不均匀，故
冲击值较低。其实质性的原因是，因为这两批钢板在8200C附近终轧，且压下率又较小，不能达到该温度下的临界变形程度，沿厚度方向变形不均匀，晶粒大小也不均匀。而不均匀晶粒的试样在预拉伸时必然是变形不均匀，故其ak值一也低。从试样的显微组织检验还发现，当硫化物夹杂成仿锤状在钢中分散分布时，即使晶粒度级别低一点.其ak值也较高。用870238乙罐原料坯轧制厚度为40毫米的5143、5144两批和用370309甲罐原料坯轧制厚度为32毫米的5329，5930两批对照，其结果就清楚地说明了这一点。
虽然5143，5144两批样的晶粒比5929，5930两批样的粗，但由于其硫化物夹杂级别较低，形态、分布也较好，故其ak值要高微观检验表明，晶粒的均匀程度，硫化物夹杂的级别及形态、分布是影响宏观指标ak值的关键因素因此，并采用适当的工艺制度来保证变形均匀和改变硫化物的形态、分布，是使桥梁钢板机械性能最佳化的有效途径。
四、高性能桥梁用系列钢
桥梁钢板技术进步的历程
国内桥梁用钢板的发展起步早，但发展缓慢，工程应用非常被动，20世纪60—8O年代，桥梁钢实际上仅有16Mnq可供应用，其发展历程经过了五代变化。1957年以武汉长江大桥的建成通车为标志，万里长江天堑变通途，也诞生了我国第一代桥梁钢板，到1968年我国自己设计建设的南京长江大桥应用的桥梁钢板是Q345级的16Mnq，产生了我国的第二代桥梁钢板。到1993年九江长江大桥建设时，国内研发应用了第三代桥梁钢板，Q42O级的15MnVNq和15MnVq桥梁钢的应用越来越多，但板厚效应严重，铁路桥仅能用到32mm。1999年，以芜湖长江大桥开始投建为契机，武钢研发生产了我国第四代桥梁钢板，Q37O级的14MnNbq，该钢采用降碳加铌合金超纯净的冶金方法，具有优异的一4O℃低温冲击韧性（芜湖桥标准要求一4O℃AKv≥l2OJ），同时焊接性能也大大提高，可大批量供应32～50mm厚钢板，武钢也供应了芜湖长江大桥建设的全部用钢。整体焊接结构需要具有良好焊接性能与高韧性，现场焊接施工需要能适应大线能量、高湿度与不预热的条件。
五、结束语
通过一系列的数据分析研究，选择合理的碳当量和硫含量较低的原料来轧制特殊规格，并采用适当的工艺制度来保证变形均匀和改变硫化物的形态、分布，是使桥梁钢板机械性能最佳化的有效途径。
参考文献：
[1] 栗怀厂 郑凯锋 苟超.大跨桥梁钢主梁抗风性能的高效计算方法研究[J].钢结构 2011，26（2）：84-878.
[2] 罗尧治 娄荣 刘海峰空间钢结构临时支撑布置的应变能跟踪算法[J].浙江大学学报：工学 版，2010，44（12）：2332-2336