微合金結(jié)構(gòu)鋼板軋制熱處理及應(yīng)用

1、微合金結(jié)構(gòu)鋼板軋制熱處理及應(yīng)用A.Streisselberger, V.Schwinn and R.HuboAG der Dillinger Huettenwerke, 66748 Dillingen, Germany摘要：兼具優(yōu)良的機(jī)械性能與焊接性能的低碳當(dāng)量微合金結(jié)構(gòu)鋼板是在軋鋼廠中進(jìn)行復(fù)雜的控制軋制及熱處理制造出來的。本文根據(jù)不同的組織、性能類別，研究了這類鋼板的生產(chǎn)過程及其用途。1 引言21 世紀(jì)初，一些高新材料開始應(yīng)用于民用工程建筑方面的各種新興領(lǐng)域。作為一種重要材料，現(xiàn)代中厚結(jié)構(gòu)鋼板的發(fā)展歷史及其生產(chǎn)和應(yīng)用是本文講述的主要內(nèi)容，本文還將揭示其顯微結(jié)構(gòu)特征與合金元素特別是微合金元素之

2、間的關(guān)系。此外本文還將介紹現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及提高鋼板性能的措施，并舉出實(shí)例加以說明。2 結(jié)構(gòu)鋼板的生產(chǎn)制造2.1 對(duì)于鋼板生產(chǎn)過程的要求以下是對(duì)中厚板性能的一般要求，通常包括：（1） 尺寸要求高，公差要小，表面要平整（厚度5500mm，寬度15m）（2） 屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計(jì)要求（屈服強(qiáng)度2351100MPa）（3） 韌性應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求（包括低溫韌性）（4） 成形性和焊接性好，易于加工制造（5） 要有一定的抗腐蝕性，耐酸性氣體腐蝕和耐大氣腐蝕有時(shí)這些性能是相互矛盾的，但通過改進(jìn)技術(shù)和設(shè)備投資，添加特殊的合金元素并采用特殊工藝進(jìn)行處理，是可以達(dá)到上述要求的。以下將介紹當(dāng)今中厚板生產(chǎn)

3、技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。適當(dāng)尺寸的鋼坯或鋼錠（連鑄坯厚度最大400mm，鑄錠厚度最大1000mm）用作原材料，按照特定循環(huán)方式進(jìn)行工藝處理即可生產(chǎn)出成品鋼板（如圖1 所示）。具體工藝過程包括板坯加熱、軋制、冷卻、熱處理、剪切以及在線檢測(cè)等步驟。中厚板生產(chǎn)企業(yè)必須有高素質(zhì)的員工、高性能的設(shè)備以及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控系統(tǒng)。整套系統(tǒng)以最先進(jìn)的自動(dòng)控制和高能量（高溫氣體、動(dòng)力系統(tǒng)電能等）為基礎(chǔ)，其流程包括輸入和輸出兩端，輸入端包括原材料和能源等，輸出端除了產(chǎn)出鋼板外還應(yīng)包括用于鋼板質(zhì)量控制與評(píng)估的有關(guān)處理數(shù)據(jù)以及用于技術(shù)性能測(cè)試的試樣等。據(jù)報(bào)道底利津鋼鐵廠每月用9000 塊鋼坯或鋼錠生產(chǎn)出25000 塊鋼板，每塊

4、鋼板均按用戶要求生產(chǎn)。以下將詳細(xì)介紹為滿足用戶要求而采用的生產(chǎn)工藝。圖1 中厚板軋機(jī)輸入/產(chǎn)出流程圖2.2 從冶金學(xué)角度分析軋鋼工藝過程在不同加工工藝中，首先必須采用特定的化學(xué)成分，利用相應(yīng)的冶金學(xué)原理獲得所需的機(jī)械性能。用于鋼板成形及獲取目標(biāo)力學(xué)性能的相關(guān)冶金工藝各階段已用模塊結(jié)構(gòu)方式畫入圖2 中。圖2 軋板廠工藝流程及相應(yīng)冶金生產(chǎn)目標(biāo)奧氏體化過程包括均勻化過程和微合金元素的固溶過程，是在板坯加熱過程中完成的，加熱溫度可達(dá)10501200。通過軋制溫度規(guī)范控制，在軋制中發(fā)生相轉(zhuǎn)變和脫溶沉淀，利于在冷卻過程中析出二次相，從而細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，二次相粒子的大小和數(shù)量取決于冷卻速率。鋼板在略低一

5、些的溫度下堆垛進(jìn)行擴(kuò)散去氫處理，經(jīng)過不同熱處理階段就形成特定的鋼板組織結(jié)構(gòu)。在以下各節(jié)中將詳細(xì)討論有關(guān)的技術(shù)工藝。2.3 軋鋼廠的熱軋區(qū)成形軋制底利津鋼鐵廠熱軋區(qū)平面圖的典型裝置詳細(xì)示于圖3 中。將煉鋼廠送來的鋼坯軋成各種形狀成品鋼材的過程為：在推進(jìn)式或步進(jìn)式加熱爐中均熱，然后在雙機(jī)架四輥軋機(jī)上軋制，這些設(shè)備功率強(qiáng)大，屬世界一流水平。圖3 軋板廠熱軋區(qū)平面圖整個(gè)生產(chǎn)流程的起點(diǎn)是板坯貯存區(qū)，此區(qū)域直接與板坯生產(chǎn)的成品區(qū)相連，用于板坯均熱的三座七道推進(jìn)式加熱爐及用于鑄錠或特殊產(chǎn)品均熱的三臺(tái)步進(jìn)式加熱爐提供了足夠的加熱能力，軋前還要進(jìn)行高壓水除鱗。熱軋區(qū)核心部分是兩臺(tái)四輥軋機(jī)，由過程計(jì)算機(jī)控制，進(jìn)行

6、各種模式軋制使軋件軋長(zhǎng)軋寬。圖4 列出了鋼廠硬件設(shè)備的詳細(xì)情況，特別是大型的5.5 米和4.8 米軋機(jī)可以軋制大規(guī)格軋件。配有三相同步電機(jī)的大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可使軋機(jī)道次壓下量達(dá)50mm。在軋機(jī)上還有專門的板寬、板厚自動(dòng)控制系統(tǒng)以確保嚴(yán)格的寬度、厚度精度。工作輥、支承輥彎曲裝置用于控制鋼板表面平整度及道次流變模型。兩機(jī)架間105 米的空間距離提供了軋制工藝的靈活可變性。要想加快冷卻速度，可以用多功能間歇式噴射裝置（MULPIC）進(jìn)行水冷以取代空冷。此裝置長(zhǎng)30 米，可作為重要的冶金工具使用，下節(jié)將詳細(xì)介紹。在熱軋區(qū)末端使用熱矯直機(jī)以保證鋼板平直度。在無需對(duì)溫度進(jìn)行特殊控制的常規(guī)軋制工藝下，軋制僅僅

7、是一個(gè)成形過程。鋼坯加熱至很高溫度后軋制成所需鋼板形狀，然后在空氣中冷卻。軋機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)一號(hào)機(jī)架二號(hào)機(jī)架特性5.5m1985(MDS)最大108000kN最大24500kNmAC最大7m/s4.8m1971(SECIM)最大90000kN最大23200kNmDC最大6m/s厚度自動(dòng)控制工作輥彎曲支承輥彎曲（二號(hào)機(jī)架）計(jì)算機(jī)過程控制圖4 軋機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)圖5 道次壓下量對(duì)成形及性能的影響在特殊情況下，特別是對(duì)厚板而言，必須充分發(fā)揮大功率軋機(jī)的潛力。在大變形（HS）軋制過程中，大道次壓下量有利于提高成品板中心組織的性能。用預(yù)先準(zhǔn)備的鋼坯進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)的結(jié)果表明了大壓下量的重要性，如圖5 所示。經(jīng)HS 軋制

8、的鋼板中心部分變形完全，所以鋼板韌性良好，而板厚方向變形也較為均勻。2.4 控制工藝以達(dá)到交貨組織性能要求以上提到的軋鋼廠設(shè)備和自動(dòng)控制裝置使我們可以根據(jù)鋼板性能的特殊要求采用不同的成形工藝。我們將其中最重要的工藝變化進(jìn)行對(duì)比，歸納于圖6 的時(shí)間-溫度曲線中。圖6 各種軋制工藝方式下的時(shí)間-溫度曲線2.5 經(jīng)典軋制工藝：軋制及熱處理第一組工藝方式（A C）是基于常規(guī)軋制工藝（即軋制過程中不控溫）：方式A：鋼板軋制后不進(jìn)行改變鋼板組織狀態(tài)的熱處理就交貨（U 狀態(tài)）通過對(duì)鋼板進(jìn)行熱處理，即在特殊溫度和冷卻方式下進(jìn)行處理，可以得到各種典型的優(yōu)化性能（如方式B 和C）。方式B：常規(guī)軋制+ 熱處理（奧氏

9、體化+空冷= 常化）熱處理過程是在連續(xù)式或非連續(xù)式處理爐中進(jìn)行的，退火組織為多邊形鐵素體+珠光體。交貨狀態(tài)的縮寫是N。常化鋼中必須加入較多合金元素才能提高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，因此用這種方法提高鋼板綜合性能的效果是有限的。還有一種與上述方式等效的軋制方式即“常化軋制”，是將終軋溫度控制在常化溫度范圍內(nèi)，用這種方法生產(chǎn)的鋼板交貨狀態(tài)也標(biāo)明為N。常化鋼板尤其適用于制造鍋爐和壓力容器。方式C：常規(guī)軋制+ 熱處理（奧氏體化+水冷= 淬火）熱處理過程是在箱式爐中進(jìn)行的。由于冷卻速度很快，結(jié)果得到的是硬質(zhì)馬氏體、貝氏體組織。淬火后進(jìn)行回火（在爐中進(jìn)行，溫度約比Ac1 點(diǎn)低100，即大約在600左右）可以提高

10、韌性。經(jīng)過上述處理的鋼板在硬度和強(qiáng)度保持較高水平的同時(shí)其韌性也得到提高。經(jīng)過淬火和回火的鋼板可用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性要求很高的場(chǎng)合。2.6 熱機(jī)械處理工藝為滿足高強(qiáng)度且有良好的低溫韌性和焊接性的大口徑管線用鋼的需求，出現(xiàn)了“熱機(jī)械軋制工藝”，各種方式的熱機(jī)械軋制統(tǒng)稱為TM 或TMCP，這種新的軋制方式與傳統(tǒng)軋制方式的實(shí)質(zhì)區(qū)別在于這種軋制過程不僅僅是一個(gè)成形過程，而且還能同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋼板綜合性能的優(yōu)化。TM 軋制的目的是要形成細(xì)小的晶粒組織以提高鋼板綜合性能。從時(shí)間和溫度因素考慮可將TM 軋制分解為如下步驟：(1) 鋼坯加熱：有特定的出爐溫度(2) 軋制：經(jīng)過特定連續(xù)道次軋制，終軋溫度處在無再結(jié)晶區(qū)或兩

11、相區(qū)(3) 冷卻：空冷或堆垛冷卻，或者在流水線上快速冷卻至特定溫度(4) 進(jìn)一步的熱處理：通常是回火TM 軋制對(duì)鋼板性能的改善是以微合金化為先決條件的。其中關(guān)鍵的微合金元素是Nb，其作用如下所述：(1) 延遲或抑制奧氏體再結(jié)晶（兩軋制道次之間形成新晶粒）；在850以下進(jìn)行多道次軋制后，變形效應(yīng)積累而形成非常細(xì)小的晶粒；(2) 形成碳化物析出，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；(3) 當(dāng)Nb 處于固溶態(tài)時(shí)，可延遲 固態(tài)相變。利用Nb 元素的這些作用可以減少合金元素含量而仍保持較好的韌性和焊接性能，同時(shí)不會(huì)降低（甚至還可提高）屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。Nb 元素的含量是根據(jù)加工途徑及所需性能而確

12、定的，如圖7 所示。圖7 Nb 含量及軋制工藝對(duì)0.08%C-1.5%Mn 鋼板機(jī)械性能的影響在軋鋼廠中使用合適的設(shè)備，并運(yùn)用微合金元素的強(qiáng)化機(jī)制控制組織，可使鋼板達(dá)到理想的性能。如圖6 所示，幾種基本的TM 軋制方式之間是有區(qū)別的，TM 軋制的微合金化鋼板的交貨狀態(tài)標(biāo)明為M。方式D 和E：采取多段軋制方式，各段在溫度和變形程度上都有區(qū)別。終軋溫度仍處在無再結(jié)晶區(qū)（D）或+ 兩相區(qū)（E），這樣可通過低溫變形提高強(qiáng)度。鋼板軋制后均進(jìn)行空冷。方式F 和G：與方式D 和E 有些相似，只是加快了冷卻速度，因此提高強(qiáng)度、韌性和耐蝕性，并且在鋼板厚度增加的情況下仍能達(dá)到所需性能水平。軋制后的鋼板在多功能間

13、歇式噴射裝置中按預(yù)定速率快速水冷。這些過程可按冷卻方式分類，如圖8 所示。在快速冷卻方式下，最理想的冷卻速率如圖8a 所示。在G 模式下，鋼板表面冷卻速率最大值接近于傳統(tǒng)淬火（C 模式）。在DQ(直接淬火)模式下，通過連續(xù)冷卻，鋼板芯部也冷卻至馬氏體形成溫度以下，如圖8b 所示。在QST（淬火+自回火）模式下，鋼板芯部余熱可產(chǎn)生自回火效果，如圖8c 所示。圖8 冷卻工藝設(shè)計(jì)圖圖9 示出了在給定成分下TM 軋制并快速冷卻（包括直接淬火）同?；堉浦g在強(qiáng)化效果上的差異，圖中對(duì)低碳微合金鋼經(jīng)TM+ACC 和DQ 軋制與N 狀態(tài)下的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了比較。圖10 中給出了TMCP 軋制工藝總的

14、所有重要參數(shù)及過程控制技術(shù)要點(diǎn)。在底利津鋼鐵廠熱軋區(qū)平面圖（見圖3）中顯示了TM 軋制的主要工藝階段如下：鋼坯在推進(jìn)式或步進(jìn)式加熱爐中均熱；在四輥可逆式軋機(jī)上軋制；在MULPIC 冷卻線上進(jìn)行冷卻。圖9 不同工藝方式下強(qiáng)度性能比較圖10 TMCP 軋制工藝參數(shù)經(jīng)過數(shù)學(xué)模型計(jì)算后，鋼坯按預(yù)定方案在加熱爐中加熱。在軋制成形過程中，四輥軋機(jī)的技術(shù)參數(shù)控制是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。軋制壓力必須很大，尤其是在TM 系列軋制工藝終軋溫度低的情況下更是如此。工藝周期應(yīng)精確設(shè)定，須盡可能準(zhǔn)確測(cè)量溫度、厚度及軋制力并及時(shí)調(diào)整?？梢圆捎么?lián)式軋制方式以降低成本。經(jīng)過終軋的鋼板在輥道式冷床上或堆垛進(jìn)行空冷，如有必要也可在冷卻

15、線上進(jìn)行快速冷卻。在底利津鋼鐵廠，各種厚度（12120mm）的鋼板是在一條單獨(dú)的冷卻生產(chǎn)線上進(jìn)行快速冷卻和直接淬火的。選用冷卻系統(tǒng)時(shí)重點(diǎn)是選擇冷卻強(qiáng)度?，F(xiàn)在正式使用的MULPIC冷卻系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：在輥道上游很多噴嘴上下協(xié)調(diào)分布，形成水幕來冷卻鋼板，水流密度變化很大，每分鐘702500l/,這樣冷卻強(qiáng)度可調(diào)范圍很大。這種裝置的控制曲線示于圖11，此外還采用雙套系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助控制，一方面通過輸送系統(tǒng)控制鋼板在輥道上的運(yùn)行速度，調(diào)控鋼板前進(jìn)或后退，另一方面通過水控系統(tǒng)控制水流均勻性。圖11 MULPIC 冷卻裝置示意圖以上提到的TM 系統(tǒng)已經(jīng)使用了15 年，用于生產(chǎn)大型厚板，制造大口徑石油或

16、天然氣管道，目前在造船和橋梁、海洋鉆井平臺(tái)等工程結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用也有很多年了。對(duì)上述各工藝流程，特別是最新流程，普遍需要控制工藝過程及生產(chǎn)質(zhì)量以滿足用戶的各種需求。在實(shí)踐中，產(chǎn)品性能允許有一定波動(dòng)，但必須控制在一定范圍，為此在鋼鐵生產(chǎn)過程中必須深入了解有關(guān)冶金學(xué)原理，在標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)調(diào)整冶金參數(shù)，包括煉鋼目標(biāo)成分、TM 軋制控制、冷卻控制及在線調(diào)控系統(tǒng)。在鋼板交貨前的加工階段，采用控溫軋制和熱處理使鋼板性能達(dá)到要求。在成品板交貨前還必須經(jīng)過多道工序加工，如圖12 所示。A)軋制B)熱處理C)后續(xù)加工步驟 熱軋平整、冷軋平整 擴(kuò)散處理 剪切（縱剪、橫剪） 鋼板測(cè)試：拉力、強(qiáng)度檢測(cè)表面檢測(cè)尺寸精度檢

17、測(cè) 破壞試驗(yàn) 噴丸（+涂層）試驗(yàn) 公路、鐵路或水路運(yùn)輸圖12 軋板廠生產(chǎn)工藝步驟在軋鋼廠中有大型輸送系統(tǒng)如吊車、輥道和其他專用機(jī)械等，用來搬運(yùn)原板或單板。有時(shí)還需要對(duì)鋼板按平直度要求進(jìn)行矯直。鋼板堆垛有兩個(gè)作用，一是去氫，二是作為成品區(qū)的緩沖。在各原板及成品板上都必須單獨(dú)打上標(biāo)記，以區(qū)分其來源、規(guī)格。原板經(jīng)過剪邊后進(jìn)行橫向或縱向剪切，成為單張成品鋼板，剪切過程可以在剪切線上進(jìn)行，對(duì)于厚板和高合金鋼板需進(jìn)行熱切割。為控制鋼板質(zhì)量，必須進(jìn)行一些無損檢測(cè)，如在線超聲波探測(cè)、表面檢測(cè)及多維尺寸精度檢測(cè)，并進(jìn)行取樣試驗(yàn)。有些鋼板還需進(jìn)行噴涂處理，最終成品鋼板經(jīng)公路、鐵路或水路運(yùn)送給用戶。2.7 獲得先進(jìn)

18、性能的加工工藝進(jìn)展中厚板生產(chǎn)工藝包括多個(gè)可逆工藝階段的組合，其優(yōu)化革新的潛力巨大，革新的動(dòng)力源自不斷完善生產(chǎn)工藝的需求。用戶的需求與生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力之間必須相互協(xié)調(diào)適應(yīng)，因此雙方必須密切合作。中厚板生產(chǎn)企業(yè)為滿足用戶對(duì)鋼材性能、尺寸、加工制造和服務(wù)等方面的要求，必須進(jìn)行系統(tǒng)的研發(fā)與投資工作，發(fā)明新的生產(chǎn)工藝手段。3 結(jié)構(gòu)鋼板的用途3.1 應(yīng)用領(lǐng)域中厚板在民用工程有3 大傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域：大型鋼結(jié)構(gòu)焊接件（如高層大廈、船板和發(fā)電廠等）、跨度41000 米的各種橋梁和海上石油鉆井平臺(tái)。微合金高強(qiáng)度鋼板可以滿足各種級(jí)別的強(qiáng)度、尺寸和韌性要求，由于其性能完善，可以用于制造經(jīng)久耐用、物美價(jià)廉的各種工程構(gòu)件

19、。3.2 針對(duì)用戶需求而開發(fā)的系列中厚板長(zhǎng)期以來中厚板在結(jié)構(gòu)鋼領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其中S235S355 級(jí)別的鋼板一直在普遍使用。在過去幾十年的發(fā)展中，最初的目標(biāo)是在保持焊接性能不惡化的前提下盡可能提高鋼板強(qiáng)度，以便在構(gòu)件中減少鋼材用量，降低成本。二十世紀(jì)七十年代初，人們開發(fā)出S460 和S690高強(qiáng)度鋼，但是可焊性差，成本高。20 世紀(jì)80 年代，節(jié)約生產(chǎn)成本變得越來越重要，因而出現(xiàn)了現(xiàn)代微合金熱軋中厚板。八十年代末，采用TM 方式軋制的S355、S420 和S460 中厚板不僅強(qiáng)度高，而且焊接性能也很好，可用于制造更經(jīng)濟(jì)的鋼結(jié)構(gòu)件。表1 中對(duì)S460 鋼（屈服強(qiáng)度460Mpa）?；堉婆cTM 軋

20、制兩種方式下成品鋼板的化學(xué)成分作了比較，結(jié)果表明，若要達(dá)到相同的強(qiáng)度，采用?；堉频匿摪逡蠛^多的碳和釩，相比之下，TM 軋制的鋼板還利用了鈮的強(qiáng)化作用，降低了碳和釩的含量，從而降低了碳當(dāng)量。表1 S460 級(jí)50mm 合金鋼板?；堉婆cTMCP 軋制的比較S460NL S460MLEN10113-2 標(biāo)準(zhǔn)典型成分EN10113-3 標(biāo)準(zhǔn)典型成分CSiMnP SNbVMoNi0.200.601.00-1.700.0300.0250.050.200.100.800.170.451.650.0150.010-0.17-0.290.160.601.700.0300.0250.050.120.200

21、.450.090.301.500.0110.0050.0430mm），在高負(fù)荷梁、柱部件中使用了S460M 鋼，使用這些厚鋼板降低了建造成本。德國柏林索尼中心F 樓此建筑也要求使用高強(qiáng)度鋼板。其支架結(jié)構(gòu)由3 根鋼柱和兩塊焊接橫梁組成，用于承載大樓負(fù)荷，橫梁是用厚達(dá)100mm 的S460M/ML 和S690QL 鋼板建成的。德國法蘭克福機(jī)場(chǎng)ICE 高速站臺(tái)長(zhǎng)700 米、寬50 米的ICE 站臺(tái)是使用焊接鋼板塔柱來承載的，共用了18000 多噸S355M/ML 鋼板和近2000 噸S355K2G3 鋼板，每一層上的承重框架重約320 噸，由承重力7500 噸的塔柱支撐。34 橋梁近年來橋梁建設(shè)越來

22、越多地使用中厚板，這是因?yàn)橛射撝Ъ芎突炷辽w組成的復(fù)合式橋梁日益普及。這些橋梁通常采用分拱式結(jié)構(gòu)，每拱跨度30150 米，這種結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮鋼板尺寸和強(qiáng)度可變范圍大的優(yōu)勢(shì)，可以用很厚的鋼板（衡量厚度可達(dá)150mm），也可以用很寬的鋼板（寬度可達(dá)4300mm，有時(shí)甚至超過5000mm），還會(huì)用到很長(zhǎng)的鋼板（每段長(zhǎng)度1836 米），鋼板強(qiáng)度級(jí)別可達(dá)到S690QL 級(jí)，這樣可以大大降低橋梁結(jié)構(gòu)造價(jià)。對(duì)于拱跨度很?。ㄖ挥?6 米）的橋梁，其橋拱可以用單塊厚鋼板建造，根據(jù)載荷及允許偏差，可使用厚達(dá)250mm 的鋼板。瑞士的LaMoyaz 和CreuxdeMas 是典型的鋼板橋，是用S275NL 鋼板并

23、排組成，所用鋼板厚160200mm，寬約2300mm，長(zhǎng)約4400mm。鋼板橋的主要優(yōu)點(diǎn)是建橋周期短，從推倒舊橋到建起新橋并通車所需時(shí)間不到8 小時(shí)。因構(gòu)件技術(shù)要求，那些大跨度拱橋（跨度超過150 米）多為純鋼制結(jié)構(gòu)，用厚鋼板焊接結(jié)構(gòu)件建造。過去歐洲橋梁中使用的鋼板主要是S355 鋼，現(xiàn)在S420 和S460 高強(qiáng)度鋼板已經(jīng)越來越多地用于大跨度拱橋，有時(shí)還會(huì)使用強(qiáng)度更高的S690 淬火回火鋼，鋼板厚度一般不超過50mm，但也有例外，有時(shí)在載荷集中處會(huì)使用厚度大于150mm 的鋼板。以下是現(xiàn)代橋梁的典型實(shí)例：德國ICE 高速鐵路橋此橋是雙軌復(fù)和式橋，長(zhǎng)度達(dá)695 米，最大高度15.5 米（圖15

24、），主拱跨度208 米。此橋有三拱跨，上部有混凝土蓋板，在支座的反彎區(qū)域鋪有壓縮混凝土板。用于建造此橋的鋼板為S355J2G3 鋼，厚度達(dá)65mm。圖15 德國中厚板建造的南頓拜克塔大橋法國TGV 橋在23 座橋中有15 座是雙梁復(fù)和式橋，其中最著名的有Cavaillon（5200 噸）、Orgon（3600噸）和Chevalblanc（3500 噸）。此外還有5 座小型橋梁和3 座大型拱橋是鋼制結(jié)構(gòu)的。除了傳統(tǒng)的S355K2G3（板厚最大達(dá)30mm）外，S355 和S355NL（板厚超過80mm）也用于建造這些橋梁，其中一些鋼板是LP 板（縱梁板）。荷蘭鹿特丹艾若馬斯橋此橋?qū)⒙固氐?nèi)城區(qū)與北

25、岸連接起來，在原港口處建立了一個(gè)新城區(qū)（圖16）。此橋總長(zhǎng)499 米，其中有一段長(zhǎng)410 米的鋼索橋（有一個(gè)139 米高的塔座）。此橋共使用了6000多噸鋼板，其中包括S355M 鋼4200 噸（厚度100mm）、S460ML 鋼2000 噸（厚度80mm）以及部分S460QL 鋼（厚度125mm）。丹麥-瑞典里桑德橋此橋由一個(gè)長(zhǎng)7500 米的框架結(jié)構(gòu)復(fù)合式橋、一個(gè)長(zhǎng)4000 米的人工島和一段長(zhǎng)3500 米的隧道組成。引橋和鋼纜式主橋是由上層混凝土蓋板和下層鋼制蓋板組成。建造主橋用了16000 噸S420M/ML 鋼板（厚度達(dá)50mm），岸邊引橋用了60000 噸S460M/ML 鋼板（厚度達(dá)

26、80mm）。法國諾曼底橋該橋1995 年投入使用，是世界上最長(zhǎng)的鋼索橋。長(zhǎng)624 米的主橋是用厚鋼板建造的，主要使用了S355K2G3、S355N 和S420M 鋼，最大厚度達(dá)30mm。圖16 荷蘭中厚板建造的艾若馬斯大橋3.5 海岸設(shè)施60 年代和70 年代，為建造北海石油鉆井平臺(tái)，對(duì)于厚鋼板的性能要求比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼大為提高?？紤]到海上風(fēng)浪、低溫、海水腐蝕等惡劣環(huán)境下鉆井平臺(tái)的安全性和可靠性，以及海上組裝操作臺(tái)的需要，鋼板的塑性及抗裂紋擴(kuò)展性必須很好，且容易加工制造，于是開發(fā)了微合金細(xì)晶粒鋼以滿足海岸設(shè)施的要求。位于近海海面上的鉆井平臺(tái)是靠插入海底的鋼管支架來支撐的。為節(jié)約制造成本，要用盡可能

27、寬的鋼板，以往所用鋼板寬35004500mm，厚2090mm，現(xiàn)在使用S355 鋼常化板（厚度250mm）或TM/TMCP 軋制鋼板（厚度120mm），其中TM 軋制鋼板焊接后的韌性非常好，且加工成本很低。對(duì)于深海鉆井平臺(tái)而言，由于其支架高度更高，若使用傳統(tǒng)的S355 鋼會(huì)使構(gòu)件重量大大增加，因此須使用強(qiáng)度更高的S420 鋼經(jīng)TM/TMCP 軋制的鋼板，厚度達(dá)120mm，厚度大的鋼板通常在淬火+回火狀態(tài)下使用。以下是海上鉆井平臺(tái)的幾個(gè)實(shí)例：埃克菲斯克2 號(hào)平臺(tái)(圖17)?？朔扑箍擞吞锸桥餐０陡浇囊粋€(gè)舊的石油天然氣油田，由于中心油氣儲(chǔ)量降低，所以建造了兩個(gè)新的鉆井平臺(tái)，共使用了45000 噸

28、S420M 鋼板。2/4X 平臺(tái)重達(dá)7900 噸，僅外殼就重達(dá)5800 噸（不包括插入海底的支柱）。新建的2/4J 中心平臺(tái)用16 個(gè)總重5500噸的支柱將一個(gè)11400 噸的外殼固定在海底，并加上一個(gè)重23000 噸的蓋板。兩個(gè)鉆井平臺(tái)高出海面90 米，彼此之間用幾座跨橋連接在一起。圖17 埃克菲斯克2 號(hào)鋼制平臺(tái)派瓊尼斯塔式平臺(tái)它位于墨西哥灣，距離新奧里約200 公里，是世界上最高的（確切地說是最深的）海上鉆井平臺(tái)，總高度達(dá)564 米。由于使用了S460M 高強(qiáng)鋼，這個(gè)龐然大物才得以建成，共用了2200 噸S460M 鋼板，厚度達(dá)90mm。由于采用了彈性、活動(dòng)絞架設(shè)計(jì)，使之可以抵御潮汐和風(fēng)

29、浪襲擊。斯瑞鉆井平臺(tái)它位于北海丹尼西區(qū)西北角，距離海岸約220 公里。其支柱長(zhǎng)104 米，外徑達(dá)3.5 米，單重800 噸，其承重系統(tǒng)采用特別的機(jī)械鎖定方式，可使整個(gè)鉆井平臺(tái)成為臨時(shí)固定結(jié)構(gòu)。這種構(gòu)件首次采用了S690Q 鋼，因而提高了斷裂韌性。現(xiàn)在S500TMCP 鋼已開始用于挪威格蘭工程，S690 鋼的使用也日益增多，不過在使用超高強(qiáng)度鋼板前必須考慮抗斷裂、抗腐蝕等方面的問題。4 未來展望現(xiàn)在中厚板尺寸規(guī)格和強(qiáng)度級(jí)別眾多，給鋼結(jié)構(gòu)建筑及海洋工程的設(shè)計(jì)者們提供了多樣選擇。鋼板尺寸：厚度：8250mm寬度：3005200mm長(zhǎng)度：600036000mm重量：最大60 噸微合金鋼級(jí)別：細(xì)晶粒鋼N

30、：S275NS460N細(xì)晶粒鋼TM/TMCP 軋制：S355MS460N淬火+回火結(jié)構(gòu)鋼：S460QS690Q將來，用于鋼結(jié)構(gòu)與海洋工程的中厚板生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步滿足顧客減重、降成本的需求，鋼板機(jī)械性能、化學(xué)性能的均勻性以及尺寸公差與平直度、硬度要求也對(duì)加工技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。5 結(jié)論本文回顧了結(jié)構(gòu)鋼板生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展歷史，闡明了微合金化與TMCP 軋制之間的關(guān)系，并舉例說明了鋼板尺寸規(guī)格和性能特點(diǎn)。焊接性能、強(qiáng)度和韌性的匹配優(yōu)化非常重要。促使微合金化結(jié)構(gòu)鋼板不斷發(fā)展的動(dòng)力在于降低生產(chǎn)和使用成本，為此需要進(jìn)行大量研究工作及相關(guān)投資，建立靈活、復(fù)合型鋼廠以更新和發(fā)展現(xiàn)有產(chǎn)品。參考文獻(xiàn)(1)

31、A. Streisselberger, W. Oswald, J. Bauer and F. Hanus, Verfahren der TM-Behandlung mitbeschleunigter Khlung zur Herstellung von Grobblech aus Bausthlen, Stahl u. Eisen, 111(5) (1991), 65-73.(2) W. Oswald, A. Streisselberger, R. Thul, H. Nehrenberg and J. Kirsch, Heavy plates withspecial process desig

32、n to meet extreme customer requirements, Proceedings METEC Congr.94, 6th Int. Rolling Conf., Volume 2, Dsseldorf, (1994), 42-51.(3) C. Dilg, H.-J.Kirsch, A. Streisselberger and J. Bauer, Accelerated cooling during plateproduction, Steel Techn. Int., (1992), 211 - 217.(4) B. Bergmann, N. Bannenberg,

33、A. Streisselberger and Bauer J., Advanced casting practicesand TMCP technology applied to offshore plate and linepipe, Paper for The Houston Mat.Conf., (1993).(5) A. Streisselberger, F. Hanus, Schtz and R. Hubo, Erweiterte Nutzungsmglichkeiten derthermomechanischen Behandlung von Grobblechen, Stahl

34、und Eisen, 117 (1997), No. 4.(6) A. Streisselberger, P. Fl and A. Kolling, Controlling Homogeneity and Reproducibility inthe Production of Heavy Plates, steel research, (1998), No. 4+5.(7) K. Hulka, B. Bergmann, A. Streisselberger and F. Heisterkamp, Development trends in highstrength structural steels, Processing, Microstructure and Properties of Microalloyed andother modern HSLA Steels, Pittsburgh, (1991).(8) R. Hubo and F.E. Hanus, Thermomecanically rolled heavy plates for