本发明涉及一种多工艺适配的高强度结构钢板柔性化生产方法，特别是提供了一种厚度16~40mm的q460、q550和q690级别钢板的化学成分，以及多工艺适配的柔性化生产技术，属于钢铁冶金及材料加工领域。
背景技术：
1、高强度钢板是国标gb/t 1591-2018中一种具有高强度、高韧性和良好焊接性能的高性能结构用钢，主要用于钢结构和工程机械，通常采用低碳微合金化的成分，交货状态有热轧、tmcp、调质等。
2、gb/t 1591-2018规定了q420、q460、q550和q690级别钢板的交货状态、化学成分及性能指标。主要差异有：1）q460，碳≤0.16%，锰≤1.7%，ceq≤0.46%，pcm≤0.22%，厚度16~40mm钢板的屈服强度≥440mpa、抗拉强度540~720mpa、延伸率≥17%；2）q550，碳≤0.18%，锰≤2.0%，ceq≤0.47%，pcm≤0.25%，厚度16~40mm钢板的屈服强度≥540mpa、抗拉强度670~830mpa、延伸率≥16%；3）q690，碳≤0.18%，锰≤2.0%，ceq≤0.49%，pcm≤0.25%，厚度16~40mm钢板的屈服强度≥680mpa、抗拉强度770~940mpa、延伸率≥14%。-20℃冲击吸收能量≥47j。
3、高强度结构钢板的强度、韧性和焊接性能影响机械设备的安全性，在生产过程中通过调整化学成分、加热轧制工艺、acc冷却参数和热处理工艺可以改善钢板的组织性能。随着tmcp工艺技术的成功应用，通过不同的轧制工艺和轧后冷却工艺可以获得不同的组织性能，从而使一种成分采用不同工艺生产出不同强度级别的钢板具备了实现条件。高强度结构钢板在工程应用上存在多品种、多规格、小批量等特点，而钢厂生产是按照炉次和中包进行集批生产，这也造成了市场的个性化需求与工厂大批量规模生产之间的矛盾。因此，需要结合产品特性和产线工艺装备条件，合理设计化学成分和轧制工艺，并在生产过程中采取诸多的技术措施，采用较优化的工艺路径和化学成分，开发多工艺适配的柔性化生产技术，以达到降低生产组织难度、提高生产效率的目的。这是此类钢板生产工艺方法改进的主要方向。
4、公开报道的相关文献资料：
5、冯路路在《宽厚板》2011（2）发表的论文《采用 tmcp工艺开发低成本高强钢q550》：采用中碳高 mn的微合金化设计和tmcp工艺，c≤0.15%，mn≤1.55%，添加适量的nb+v+ti、cr-mo-ni-b 成分，生产厚度16~40mmq550钢板。
6、段东明在《武钢技术》2011(12)发表的论文《q550热轧中厚板的控轧控冷（tmcp）工艺优化》：采用低碳微合金化成分和dq-t工艺，c≤0.12%，mn≤1.7%，添加适量的nb-cr-mo，生产16~35mm厚q550钢板。
7、宋欣在《焊管》2016(5)发表的论文《工程机械用低成本高强钢 q690d的研制与开发》：采用低碳微合金化成分和tmcp-t工艺，c0.07~0.10%，mn+cr1.7~2.0%，mo 0.10~0.30%，nb+v+ti≤0.15%，b0.0010~0.0020%，轧后快冷到350~400℃，≤650℃回火，生产25mm厚度q690钢板。
8、尹邵江在《河北冶金》2010（6）发表论文《唐钢低合金高强度结构钢q460c开发》采用c0.16%，mn1.55%,用tmcp工艺开发。
9、公开报道的相关文献表明，各生产厂多按照强度级别及厚度分别设计化学成分和轧制工艺，没有采用一种化学成分生产多种强度级别钢板的情况。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种多工艺适配的高强度结构钢板柔性化生产方法，用同一种化学成分通过不同生产工艺生产不同级别高强度结构钢板，特别是提供了一种厚度16~40mm的q460、q550和q690结构钢板的化学成分和生产工艺技术。
2、本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
3、一种多工艺适配的高强度结构钢板柔性化生产方法，
4、1）材料的成分包括：c 0.085~0.115%，si 0.25~0.35%，mn 1.56~1.68%，p≤0.015%，s≤0.005%，al 0.020～0.040%，cr 0.18~0.26%，nb 0.038~0.046%，ti 0.015～0.022 %，其余为铁和不可避免的杂质，均为质量百分比。材料的ceq≤0.45% 、pcm≤0.22%。
5、2）本发明的生产流程包括：铁水预脱硫→转炉冶炼→lf+rh精炼→连铸→铸坯加热→控制轧制→控制冷却→矫直→堆缓冷→热处理→剪切→入库；铁水经过kr预处理脱硫，在120t顶底复吹转炉冶炼，经lf-rh精炼后，在250*1800mm断面连铸机浇注为板坯，铸坯下线后堆垛缓冷48小时以上；连铸坯在四段连续式加热炉加热，在炉加热时间系数10~11min/cm，厚度250mm板坯加热时间大于260分钟，一加热段温度1050~1150℃，二加热段温度1240~1280℃，均热段温度1230~1270℃，板坯出炉温度1150~1200℃；轧制过程采用粗轧和精轧两阶段控制轧制。粗轧阶段末三道次压下率大于15%，中间坯厚度为成品厚度的2.4~3.5倍（56，96）mm，粗轧结束温度大于1000℃；控制轧制的精轧工序，采用精轧开轧温度不大于950℃，生产q460级别钢板时终轧温度770~820℃，生产q550和q690级别钢板时终轧温度820~850℃；钢板轧后在线控制冷却工序，q460级别钢板轧后不经过在线控制冷却；q550级别钢板的开冷温度770~800℃、返红温度520~580℃、冷却速度15~20℃/s；q690级别钢板的开冷温度770~800℃、返红温度360~420℃、冷却速度20~32℃/s；钢板堆缓冷工序，q550和q690级别钢板在冷床上空冷至200~300℃后下线堆缓冷12小时以上；钢板热处理工序，q690级别钢板580~630℃回火热处理，回火时间为2.0~4.0min/mm。
6、本发明原理为：化学成分设计：采用低碳微合金复合强化成分体系，化学成分同时符合q420、q460、q550和q690。钢板的组织性能控制：钢板的性能有组织决定，影响组织的因素主要有化学成分和热轧条件。本发明化学成分所对应的ar3为755℃、ac1为716℃，贝氏体50%转变温度b50为588℃、贝氏体100%转变温度bf为516℃，马氏体开始转变温度mf为423℃、马氏体50%转变温度m50为367℃，据此设定控轧轧制和在线控制冷却工序的终轧温度、开冷温度和返红温度，从而获得不同组织和性能的钢板。经过在线控制冷却工艺生产的钢板，经过回火热处理后强度和延伸率会发生变化，主要表现在强度降低、延伸率升高。q690钢板在线控制冷却至420℃，即在马氏体临界冷却速度进行连续冷却时获得板条贝氏体组织，在500~650℃回火热处理后塑性和韧性提高。随着回火温度的升高，抗拉强度降低和延伸率升高的变化幅度增大。
7、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本方法采用一种化学成分和多种生产工艺，生产出q460、q550和q690不同级别的高强度结构钢板，与传统的按照钢种级别和厚度分别设计化学成分和生产工艺相比，实现了多工艺适配的柔性化生产，明显降低了用户个性化需求与工厂大规模生产之间的矛盾，生产工艺流程更优。本发明采用同一种化学成分和不同生产工艺生产的多种强度级别钢板，屈服强度、抗拉强度和低温冲击等力学性能在符合gb/t1591-2018的基础上有充足的富余量，钢板质量稳定。通过多工艺适配的柔性化生产，降低了用户个性化需求与工厂大规模生产之间的矛盾，生产工艺流程更优，表明通过精确的工艺来控制钢板的组织，可以获得良好的性能，为相近钢板tmcp工艺改进提供了数据支撑和参考，明显提高了企业的生产效率、经济效益和社会效益。适用于国内外高强度结构钢板生产制造。
8、实施方式
9、按照本发明所提供的成分设计和生产工艺，在新疆八一钢铁股份有限公司所属产线实施，在“120t转炉炼钢产线”完成板坯冶炼，在“4200/3500mm中厚板产线”完成钢板轧制，主要用于生产厚度16~40mmq460m、q550和q690钢板。所述各强度级别钢板采用同一成分体系，冶炼、连铸、加热和粗轧工序采用相同的生产工艺，精轧、在线控制冷却和回火热处理工序采用不同的生产工艺。所述各强度级别钢板的工艺过程如下所述：
10、q460级别钢板：热轧交货状态，精轧工序的终轧温度780~820℃，钢板轧后不经过在线控制冷却、堆缓冷和回火热处理。
11、q550级别钢板：tmcp交货状态，精轧工序的终轧温度820~850℃，在线控制冷却工序的开冷温度770~800℃、返红温度530~570℃、冷却速度15~20℃/s，钢板在冷床上空冷到200~300℃下线堆缓冷，钢板不经过回火热处理。
12、q690级别钢板：tmcp-t交货状态，精轧工序的终轧温度820~850℃，在线控制冷却工序的开冷温度770~800℃、返红温度360~420℃、冷却速度25~32℃/s，钢板在冷床上空冷到200~300℃下线堆缓冷，热处理工序的回火温度580~630℃、回火时间2.0~4.0min/mm。
13、实施例1：本一种多工艺适配的高强度结构钢板柔性化生产方法采用下述工艺生产q460c钢板。
14、钢种q460c，化学成分（wt）：c0.112%、si0.297%、mn1.63%、p0.014%、 s0.004%、cr0.26%、nb0.45%、al0.029%、ti0.019%，余量为fe和不可避免的杂质。钢板的厚度为25mm。具体生产工艺如下：
15、控制轧制工艺如下：粗轧工序的中间坯厚度74mm、结束温度1012℃，精轧工序的开轧温度890℃、终轧温度808℃。
16、钢板的力学性能如下：抗拉强度615mpa，屈服强度487mpa，延伸率27%，-20℃冲击功均值229j，屈强比0.79，各项指标均符合gb/t1591要求。
17、实施例2：本一种多工艺适配的高强度结构钢板柔性化生产方法采用下述工艺生产q550md钢板。
18、钢种q550md，化学成分（wt）：c0.102%、si0.286%、mn1.64%、p0.009%、 s0.002%、cr0.24%、nb0.46%、al0.031%、ti0.020%，余量为fe和不可避免的杂质。钢板的厚度为25mm。具体生产工艺如下：
19、控制轧制工艺如下：粗轧工序的中间坯厚度74mm、结束温度1012℃，精轧工序的开轧温度910℃、终轧温度829℃。
20、在线控制冷却工艺如下：开冷温度782℃、返红温度555℃、冷却速度16.6℃/s。
21、堆缓冷工艺如下：钢板下线堆冷温度272℃，堆缓冷时间15小时。
22、钢板的力学性能如下：抗拉强度715mpa，屈服强度610mpa，延伸率18.5%，-20℃冲击功均值245j，屈强比0.85，各项指标均符合gb/t1591要求。
23、实施例3：本一种多工艺适配的高强度结构钢板柔性化生产方法采用下述工艺生产q690md钢板。
24、钢种q690md，化学成分（wt）：c0.101%、si0.265%、mn1.65%、p0.014%、 s0.003%、cr0.24%、nb0.43%、al0.025%、ti0.019%，余量为fe和不可避免的杂质。钢板的厚度为20mm。具体生产工艺如下：
25、控制轧制工艺如下：粗轧工序的中间坯厚度53mm、结束温度1000℃，精轧工序的开轧温度920℃、终轧温度821℃。
26、在线控制冷却工艺如下：开冷温度766℃、返红温度414℃、冷却速度28.5℃/s。
27、堆缓冷工艺如下：钢板下线堆冷温度286℃，堆缓冷时间16小时。
28、热处理工艺如下：钢板回火热处理，回火温度602℃，回火时间58分钟。
29、钢板的力学性能如下：抗拉强度858mpa，屈服强度785mpa，延伸率16.5%，-20℃冲击功均值143j，各项指标均符合gb/t1591要求。