我國(guó)橋梁用鋼現(xiàn)狀及耐候橋梁鋼發(fā)展

1、我國(guó)橋梁用鋼現(xiàn)狀及耐候橋梁鋼發(fā)展摘要:我國(guó)橋梁用鋼強(qiáng)度等級(jí)與韌性不斷提高,焊接性能持續(xù)改善,鋼板的適宜厚度逐步提高。鐵路橋梁 用鋼、公路橋梁用鋼、跨海大橋用鋼成為我國(guó)橋梁用鋼的主體。順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求的高性能耐候橋梁鋼將是我 國(guó)橋梁用鋼發(fā)展的主要方向。耐候橋梁鋼在我國(guó)已經(jīng)有所應(yīng)用,但需要系統(tǒng)建立或健全使用耐候橋梁鋼的相關(guān) 國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞:橋梁,鋼,耐候1、前言建國(guó)以來(lái),我國(guó)的橋梁建設(shè)事業(yè)有了很大的發(fā)展。新設(shè)計(jì)、新材料、新工藝的廣泛采用,使得我國(guó)橋梁的 設(shè)計(jì)建造水平不斷提高。懸索橋、斜拉橋、拱橋、梁橋,都展示出各自的獨(dú)特魅力。我國(guó)鐵路橋梁的發(fā)展自 1957年的武漢長(zhǎng)江大橋 (A3開(kāi)始,經(jīng)歷

2、南京長(zhǎng)江大橋 (16Mnq,九江長(zhǎng)江大橋 (15MnVNq到 1998年的蕪湖長(zhǎng)江大橋 (14MnNbq,經(jīng)過(guò)四個(gè)標(biāo)志性的階段,各階段都代表了一個(gè)時(shí)期的橋 梁技術(shù)的發(fā)展水平和冶金技術(shù)的發(fā)展水平。鐵路橋梁由鉚接、栓焊發(fā)展到蕪湖長(zhǎng)江大橋的整體焊接節(jié)點(diǎn),鋼梁 的跨度也由 128米發(fā)展到 312米。 已建成的亞洲最大的公路鐵路兩用橋蕪湖長(zhǎng)江大橋, 其主跨達(dá)到 312米, 集數(shù)十項(xiàng)世界領(lǐng)先技術(shù)為一體,標(biāo)志著我國(guó)鐵路橋梁的制造技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。正在建設(shè)的南京大勝關(guān) 長(zhǎng)江大橋 (WNQ570,是我國(guó)第一條大跨度高速鐵路橋梁,橋面為四線高速鐵路和兩線地鐵,設(shè)計(jì)時(shí)速為 300km/h,更是奠定了我國(guó)橋梁行

3、業(yè)在國(guó)際上的領(lǐng)先地位。公路橋梁自上世紀(jì) 50年代至 80年代經(jīng)歷了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁式 (鋼構(gòu) 橋到預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝上梁式 (鋼 構(gòu) 橋后, 80年代末隨著大跨度公路橋梁的建造,鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)代索橋 (斜拉、懸索 顯示出強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力,得到 快速發(fā)展。 在不足 10年的時(shí)間,國(guó)內(nèi)相繼建造了 10余座世界級(jí)的大跨度斜拉及懸索橋。 南京長(zhǎng)江二橋及武漢 長(zhǎng)江三橋?yàn)槭澜绲谌偷谒拇?(國(guó)內(nèi)第一、二 斜拉橋,其中南京長(zhǎng)江二:橋采用全焊結(jié)構(gòu)代替了以往的栓焊鋼 箱梁,跨度達(dá)到 628米,標(biāo)志中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)公路橋梁建設(shè)水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平。我國(guó)跨海橋梁也有了飛速的發(fā)展,我國(guó)第一條跨海大橋東海大橋總長(zhǎng)約為 31公里。大橋

4、按雙向六車(chē)道加 緊急停車(chē)帶的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)車(chē)速 80公里 /小時(shí)。即將竣工的杭州灣跨海大橋全長(zhǎng) 36公里,其中橋 長(zhǎng) 35.7公里,雙向六車(chē)道高速公路,設(shè)計(jì)時(shí)速 100km 。即將建設(shè)的有廈漳跨海大橋、臺(tái)灣海峽通道西段工程 平潭跨海大橋等。順應(yīng)我國(guó)橋梁工程的發(fā)展需要,我國(guó)橋梁用鋼也得到了飛速的發(fā)展。2、我國(guó)橋梁用鋼的發(fā)展現(xiàn)狀由于其工作環(huán)境和所承受的載荷的不同, 大型橋梁用鋼可分為公路橋梁用鋼和鐵路橋梁用鋼兩大類(lèi)。 另外 跨海大橋用鋼由于其所處的海洋腐蝕性環(huán)境以及橋梁下部結(jié)構(gòu)的不問(wèn),也有其不同的特點(diǎn)。2.1 鐵路橋梁用鋼自從前蘇聯(lián)援建武漢長(zhǎng)江大橋以來(lái), 我國(guó)已建造了大量的大跨度鐵路橋梁。

5、 最初的武漢長(zhǎng)江大橋采用的是 前蘇聯(lián)生產(chǎn)的 A3鋼,其屈服強(qiáng)度僅要求大于等于 240MPa ,橋梁的上段結(jié)構(gòu)采用的是鉚接菱形連續(xù)梁。1969年建成通車(chē)的南京長(zhǎng)江大橋,則是由完全由我國(guó)自主沒(méi)計(jì)建造的大型公鐵兩用橋梁,采用的是 16Mnq 鋼,其屈服強(qiáng)度僅要求大于等于 320MPa 。當(dāng)時(shí) 16Mnq 在行業(yè)中雖然應(yīng)用廣泛,但使用部門(mén)反映, 16Mnq 鋼板采用 U 形缺口沖擊, 韌性指標(biāo)偏低。 同時(shí)也反映板厚效應(yīng)嚴(yán)重, 鐵路橋僅能用到 32mm, 超過(guò)此厚 度冶金質(zhì)量難以保證。受制于大跨度鐵道橋梁的發(fā)展需求, 迫切需求鐵路橋梁用鋼提高強(qiáng)度級(jí)別。 1995年建成的九江長(zhǎng)江大橋, 采用的就是 15M

6、nVNq 。和 16Mnq 鋼相比,這種鋼的強(qiáng)度確實(shí)有了顯著提高,屈服強(qiáng)度要求大于等于 412MPa(當(dāng)板厚 16mm 時(shí) 。但由于采用加釩捉高強(qiáng)度的方法,導(dǎo)致鋼板低溫韌性和焊接性較差,給橋梁制 造帶來(lái)很多困難。九江長(zhǎng)江大橋建成后,該鋼種一直未能得到推廣應(yīng)用。橋梁鋼已成為制約鐵路橋梁發(fā)展的一 個(gè)突出矛盾。上世紀(jì) 90年代初,鐵路橋梁建設(shè)面臨蕪湖長(zhǎng)江大橋的建設(shè),主跨達(dá) 312米。橋梁鋼問(wèn)題顯得愈加突出。 為了保證橋梁工程的安全性和加工制造的方便,需要突出解決鋼板的低溫韌性和焊接性等問(wèn)題。為此中鐵大橋 局和武鋼聯(lián)合共同開(kāi)發(fā)了大跨度鐵路橋梁用鋼 14MnNbq 。該鋼采用降碳加鈮合超純凈的冶金方法,

7、保證了屈 服強(qiáng)度 ReL 370MPa 的基礎(chǔ)上,具有優(yōu)異的 -40低溫沖擊韌性 (蕪湖橋標(biāo)準(zhǔn)要求 -40 Akv 120J 。同時(shí) 焊接性能也大大提高, 解決了板厚效應(yīng)問(wèn)題, 可大批量供應(yīng) 3250mm 厚鋼板。 在蕪湖長(zhǎng)江大橋 46000噸供 貨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:所供 1050mm 鋼板沖擊韌性平均實(shí)物質(zhì)量達(dá)到 -40 Akv 為 223J 的優(yōu)異水平。蕪湖長(zhǎng) 江大橋橋建設(shè)后的 10年時(shí)間里, 14MnNbq 鋼在全面滿(mǎn)足了鐵路橋梁建設(shè)的需要,得到了極為廣泛的應(yīng)用。 2000年, 14MnNbq 鋼納入橋梁鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),成為 Q370qE 鋼。正在建設(shè)的京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋,是京滬高速

8、鐵路和滬漢蓉鐵路于南京跨越長(zhǎng)江的越江通 道,是我國(guó)鐵路橋梁史上的又一個(gè)里程碑,為六線鐵路橋梁,設(shè)計(jì)時(shí)速 300km/h,是京滬高速鐵路的控制性 工程。 該橋具有大跨、 重載、 高速三大特點(diǎn)。 主桁構(gòu)件最大軸力高達(dá) 9000余噸, 中主墩最大支座反力約 15000噸。 如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的 14MnNbq 鋼, 則最大板厚必須使用到 120mm , 這將會(huì)給設(shè)計(jì)施工帶來(lái)極大的困難。 為此,武鋼和中鐵大橋局聯(lián)合開(kāi)發(fā)了 WNQ570鋼,以滿(mǎn)足國(guó)家“十一五”重點(diǎn)工程京滬高速鐵路南京大 勝關(guān)長(zhǎng)江大橋的工程需要。與我國(guó)現(xiàn)有橋梁鋼相比, WNQ570鋼有以下特點(diǎn):強(qiáng)度明顯提高,不區(qū)分板厚效應(yīng),在 1268mm

9、 范 圍內(nèi),均要求 Rm 570MPa 。而 15MnVNq 鋼和 14MnNbq 鋼在板厚為 68mm 時(shí),僅為 Rm 530MPa 或 Rm 490MPa 。由于采用一系列精煉技術(shù),同時(shí)隨著軋制力的提高,鋼板由傳統(tǒng)的最大使用板厚為 50mm 擴(kuò) 展到 68mm 。在焊接材料上,革新傳統(tǒng)的 C-Mn 、 Si-Mn 系焊材的焊縫強(qiáng)度僅在 500MPa 級(jí)別以下、焊縫低 溫沖擊韌性?xún)H能達(dá)到 -30時(shí) 48J 的狀況,研制新型針狀鐵索體型橋梁用鋼的手工焊、氣保焊、埋弧焊焊接材 料,焊縫強(qiáng)度大于 570MPa ,同時(shí) -40沖擊韌性可以達(dá)到 48J 以上。我國(guó)鐵路橋梁發(fā)展的標(biāo)志性工程見(jiàn)表 1。 2

10、.2 公路橋梁用鋼由于公路橋梁的受力狀況和鐵路橋梁有諸多不同,因此,公路橋梁用鋼多選用 Q345、 Q370等鋼種,也 有使用 Q420的,但供貨技術(shù)條件中強(qiáng)度一般都是隨板厚的增加而遞減。鋼板的規(guī)格也比較薄,需求較大,該 品種的競(jìng)爭(zhēng)主要集中在價(jià)格、鋼廠資源等方面。2.3 跨海大橋用鋼跨海大橋用鋼主要集中于管樁鋼、通航主橋的橋梁鋼、橋面護(hù)欄以及帶肋鋼筋,其中管樁鋼、通航主橋的 橋梁鋼占鋼材總量的 60%,僅管樁鋼就占其鋼材總量的 50%左右。管樁鋼的材質(zhì)主要為 Q345C ,規(guī)格范圍 為 1625mm 之間,大部分為熱軋卷板,并采用螺旋焊管形式,跨海大橋的管樁用鋼量特別大,杭州灣跨海 大橋就使用

11、了武鋼生產(chǎn)的管樁鋼 Q345C 約 39萬(wàn)噸。 通航主橋的橋梁鋼的材質(zhì)主要集中于 Q345D 級(jí)別, 規(guī)格 為 1050mm 之間,主要為平板產(chǎn)品;護(hù)欄用鋼的材質(zhì)為 Q345D/Q390D,規(guī)格為 425mm 之間。上述 三個(gè)產(chǎn)品種對(duì)鋼材的耐蝕性都有較高的要求, 杭州灣跨海大橋甚至第一次明確提出了使用壽命 100年以上的要 求,因此,橋梁用鋼的耐蝕性能成為設(shè)計(jì)者選材的重要考慮部分。3、國(guó)外耐候橋梁用鋼的發(fā)展隨著大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁向全焊接結(jié)構(gòu)和高參數(shù)方向發(fā)展, 對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性要求越來(lái)越嚴(yán)格。 這不僅 對(duì)設(shè)計(jì)者提出了更高的要求,而且對(duì)鋼板質(zhì)量提出了更高的水準(zhǔn),即不僅具有高強(qiáng)度以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)輕量化要

12、求, 而且還應(yīng)具有優(yōu)良的低溫韌性、焊接性和耐蝕性等,以滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠、長(zhǎng)壽等要求。傳統(tǒng)的高強(qiáng)度橋梁鋼不僅沖擊韌性、焊接性、疲勞性較差,而且不能耐大氣、海水腐蝕。因此,國(guó)內(nèi)外材 料工作者提出了高性能鋼 (High Performance Steel, HPS 的概念。高性能鋼材主要是指材料的某項(xiàng)或幾項(xiàng) 性能較傳統(tǒng)鋼材得到改善的鋼材,除了具備較高強(qiáng)度外,鋼材的焊接性能、低溫韌性,尤其是耐腐蝕性能有較 大幅度提高。近年來(lái),應(yīng)用在橋梁上的高性能鋼已成為國(guó)際鋼鐵材料研究的熱點(diǎn),如美國(guó) ASTM709中的 HPS-70W 鋼、 HPS-100W 鋼和日本的 SMA570W 系列鋼等。耐候橋梁用鋼作為

13、高性能橋梁鋼的一個(gè)發(fā)展方向,在國(guó)外 得到了較為廣泛的發(fā)展。對(duì)于鋼材耐候性的研究,在上世紀(jì)初到 60年代,人們注重不同合金元素對(duì)鋼材耐大氣腐蝕能力的作用, 從而出現(xiàn)了以 Corten 鋼為代表的耐大氣腐蝕系列用鋼; 60年代以后開(kāi)始注重環(huán)境因素對(duì)耐候鋼表面腐蝕產(chǎn)物 的影響,并闡明了耐候鋼抗大氣腐蝕機(jī)理。從 90年代至今,很多研究者將目光轉(zhuǎn)向低成本、高強(qiáng)度、耐蝕性 能更高的新型高性能耐候鋼開(kāi)發(fā),并且取得了一定成果。在美國(guó)早期應(yīng)用最普遍的耐候鋼主要為高 P 、 Cu 加 Cr 、 Ni 的 Corten A系列和以 Cr 、 Mn 、 Cu 合金化 為主的 Corten B系列。 1974年, AS

14、TMA709中出現(xiàn)了 70W 和 lOOW 等高強(qiáng)度耐候橋梁鋼,但是這些鋼中 碳含量較高 ( 0.12%, 對(duì)焊接工藝要求也高。 為了改善焊接性能, 在 1997年 ASTM A709中出現(xiàn)了 HPS70W 鋼,近期 HPS 100W鋼也將納入標(biāo)準(zhǔn),這些鋼中的碳含量較 70W 和 100W 有了一定程度的降低,焊接性能 也有所改善。 1950年,耐候鋼被引進(jìn)到日本,并在日本得到發(fā)展和應(yīng)用, 1968年日本將低磷系焊接用鋼作為 “ JIS G3114焊接結(jié)構(gòu)用耐候性熱軋鋼材”, 1971年將高磷系焊接用鋼作為“ JIS G3125高耐候性軋制鋼 材”實(shí)現(xiàn)了 JIS 標(biāo)準(zhǔn)化,其中含抗拉強(qiáng)度為 56

15、9MPa 級(jí)的高強(qiáng)度鋼。國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)度耐候鋼的主要發(fā)展歷程見(jiàn)圖 1。對(duì)于高強(qiáng)度耐候橋梁鋼,一般有三種研制路線,一種是傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)生產(chǎn)工藝路線,如美國(guó)橋梁用結(jié)構(gòu)鋼標(biāo) 準(zhǔn) (ASTMA709/A709M-95中的 70W(碳含量 0.12%,其對(duì)焊接工藝要求較高,需要焊前預(yù)熱,因此生 產(chǎn)周期較長(zhǎng),成本較高。第二種就是低碳 TMCP 工藝路線, 鋼中碳含量一般在 0.070.11%。 這種鋼雖然不用進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理, 但 由于碳含量仍然相對(duì)較高,在應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題。如鋼板愈厚其焊接敏感性系數(shù)愈高,在焊接時(shí)需要預(yù)熱; 在采用大線能量焊接時(shí),還存在韌性降低的問(wèn)題。第三種是超低碳貝氏體鋼路線。超低碳貝氏體鋼的

16、碳含量嚴(yán)格控制在很低的范圍 (小于 0.05%,在具有 高強(qiáng)度高韌性的同時(shí),具有極佳的焊接性。所得到的貝氏體組織均勻性較好,微區(qū)間電極電位差較小,增強(qiáng)了 耐蝕能力。由于其不用調(diào)質(zhì)處理,降低了生產(chǎn)成本,縮短了生產(chǎn)周期,是當(dāng)前高強(qiáng)耐候橋梁鋼的發(fā)展趨勢(shì)。 上述三種不同生產(chǎn)工藝路線的鋼種特點(diǎn)見(jiàn)表 2。由以上情況及表 2可以看出, 高強(qiáng)度耐候鋼的性能在隨著新鋼種的不斷推出而提高, 在化學(xué)成分上, 碳含 量不斷下降,這就導(dǎo)致了碳當(dāng)量和焊接冷裂紋敏感性系數(shù)的降低,焊接性能逐步得到改善;生產(chǎn)工藝由淬火 +回火向 TMCP 發(fā)展,降低了生產(chǎn)成本,縮短了生產(chǎn)周期;組織由馬氏體向貝氏體、針狀鐵素體發(fā)展,這種貝氏 體

17、或針狀鐵素體組織對(duì)提高鋼的強(qiáng)韌性、焊接性、耐候性以及加工制作性能都是有好處的。現(xiàn)在耐候鋼在國(guó)外已逐步完善起來(lái)了。在設(shè)計(jì)上,對(duì)銹蝕層的折減計(jì)算,疲勞,構(gòu)造細(xì)節(jié)加以規(guī)定;在鋼 種上,對(duì)耐候鋼、耐候焊接材料、耐候高強(qiáng)度螺栓、耐候支座加以嚴(yán)格要求;在特性上,對(duì)穩(wěn)定的銹蝕,腐蝕 因素、硬度試驗(yàn)加以周密的分析;在制造、運(yùn)輸、架設(shè)上,對(duì)耐候鋼表面的處理、清掃、保護(hù)、補(bǔ)修等加以嚴(yán) 格把關(guān);在經(jīng)濟(jì)上,對(duì)耐候鋼的使用作追蹤調(diào)查,詳細(xì)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,國(guó)外已將耐候鋼逐漸 當(dāng)作一種普通鋼種來(lái)廣泛使用。它被橋梁界稱(chēng)為“不朽的美”。表 3記述了耐候橋梁鋼在國(guó)外發(fā)展的歷史情況。 4、我國(guó)耐候橋梁用鋼的發(fā)展新鋼種

18、的出現(xiàn),不僅講實(shí)用性,還要講經(jīng)濟(jì)效益,否則就失去其實(shí)用價(jià)值,也失去推廣的前提。銹蝕不僅 給結(jié)構(gòu)物帶來(lái)?yè)p害,也給工務(wù)部門(mén)增加了繁重的管理、維護(hù)負(fù)擔(dān),同時(shí)周期性的再涂裝也耗費(fèi)了大量的人力和 資金。據(jù)鐵道部有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì), 19841987年 4年間,再涂裝鋼橋 1260余孔、耗用優(yōu)質(zhì)涂料幾千噸,耗資 巨大。而耐候鋼由于冶煉工序的增加,材質(zhì)的一次性投資略高于同等級(jí)普通低合金鋼。但從橋梁成品角度看, 由于在工廠和現(xiàn)場(chǎng)減少了部件的表面處理和涂料,所以無(wú)論是近期還是遠(yuǎn)期都是具有一定經(jīng)濟(jì)效益的。為此 1993年 7月日本一家鋅化處理株式會(huì)社建筑材料事業(yè)部做了一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)計(jì)算, 真實(shí)地反映了耐候鋼的經(jīng)濟(jì)效益。 計(jì)算

19、表明:經(jīng)過(guò) 40年的使用,普通鋼 +涂裝的經(jīng)費(fèi) (3次反復(fù)涂裝 已超過(guò)了耐候鋼裸使用的 2倍?？梢钥吹侥?候鋼潛在的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。國(guó)內(nèi)關(guān)于耐候鋼方面的研究,最早始于 60年代, 1965年試制出 09MnCuPTi 耐候鋼,并制造了我國(guó)第 一輛耐候鋼鐵路貨車(chē)。但隨后發(fā)展緩慢,自從 80年代初期列入國(guó)家重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目以后,發(fā)展十分迅速, 經(jīng)過(guò)“六五”、“七五”攻關(guān),研制出以 09CuPTiRE , 09CuPCrNi 為代表的耐候鋼,并早已大規(guī)模生產(chǎn)。但 是,在我國(guó)耐候橋梁鋼的應(yīng)用尚未得到廣泛的推廣。1989年底,在鐵道部鄭州鐵路局公務(wù)處的大力支持下,由鐵道部科學(xué)研究院研究開(kāi)發(fā),武鋼試制,

20、鐵道 部專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院主持設(shè)計(jì),寶雞橋梁廠制造了三孔耐候鋼箱梁,鋼號(hào)為 NH35q, 與現(xiàn)在常用的 16錳橋鋼系同一 強(qiáng)度等級(jí)。作為試驗(yàn),將其中一孔梁采用裸使用,其余兩孔涂面漆, 1991年已經(jīng)投入使用:這座橋架設(shè)于京 廣鐵路巡司河上, 是我國(guó)第一座耐大氣腐蝕鋼橋。 5年掛片實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 耐大氣腐蝕性能比普碳鋼提高 1.5 2倍,各項(xiàng)實(shí)際性能與國(guó)外的 Cor-ten B和 SMA50鋼水平相當(dāng)。此鋼種是目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的第一個(gè)耐大氣腐蝕 橋梁專(zhuān)用鋼,其化學(xué)成分見(jiàn)表 4。但是,自從該鋼成功開(kāi)發(fā)以后,并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。究其原因,大致有以下幾點(diǎn):橋梁鋼耐候性的重 要性在當(dāng)時(shí)并未引起包括橋梁制造部門(mén)的應(yīng)

21、有重視。當(dāng)時(shí)的橋梁工程并不多,跨度也不大,設(shè)計(jì)者一般只考慮 起強(qiáng)韌性,抗沖擊性和焊接性等方面;相關(guān)單位未能對(duì) NHq35進(jìn)行強(qiáng)有力的推廣;鋼種開(kāi)發(fā)未能系列化,不 適應(yīng)橋梁工程發(fā)展的多種需求。在設(shè)計(jì)上未能考慮耐候鋼板的角度、位置、積水狀況等對(duì)腐蝕情況的影響。 資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展, 要求在橋梁建造上采用耐候鋼的呼聲已經(jīng)重新引起橋梁鋼研發(fā)者的 重視。國(guó)內(nèi)以武鋼為代表的一些鋼鐵企業(yè)一直在做這方面的嘗試與開(kāi)拓。在建的京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋采用的是武鋼在國(guó)內(nèi)率先研制的新型高強(qiáng)度耐候鐵路橋梁鋼 WNQ570。該鋼以超低碳貝氏體 (ULCB為設(shè)計(jì)主線,并充分利用組織細(xì)化、組織均勻等關(guān)鍵技

22、術(shù),使開(kāi)發(fā)鋼 種具有高強(qiáng)度 (Rm 570MPa , 、 高韌性 (-40 Akv 120J 和優(yōu)異的焊接性 (Pcm 0.20 , 以及良好的耐候 性能等 (該鋼相對(duì)于 09CuPCrNi 的相對(duì)腐蝕率僅 0.63 。WNQ570鋼耐腐蝕性的設(shè)計(jì)思路就是以超低碳 (小于 0.02%, wt 輔之以適宜的 Cu 、 Cr 、 Ni 等耐候性 元素配比,經(jīng)高純凈化處理,并通過(guò)適宜的澆注與軋制熱處理等工藝,使鋼板得到組織均勻性較好的針狀鐵素 體組織,使得各微區(qū)之間電極電位差異較小,增強(qiáng)其耐腐蝕能力。WNQ570鋼耐腐蝕性的具體特點(diǎn)如下:化學(xué)成分的均勻性鋼中碳含量等于或接近碳在鐵素體中的最大溶解度

23、0.0218%, 以盡量減少成分偏析, 保證成分的均勻性。 因?yàn)榈偷奶己靠梢詼p少偏析的趨勢(shì),中碳鋼最大的危害就是在包晶反應(yīng)區(qū)枝晶間合金元素的富集。在這一包 晶反應(yīng)區(qū),由于體心立方的 -Fe 向面心立方的奧氏體的轉(zhuǎn)變,枝晶間產(chǎn)生附加的收縮。由于液相也參與這一 反應(yīng),合金元素很自然會(huì)在枝晶間富集。如果降低碳含量,由于 區(qū)的擴(kuò)大,凝固溫度區(qū)間的減小,枝晶間的 偏析就會(huì)大大降低,而固溶原子在 -Fe 中的擴(kuò)散速率是在奧氏體中的 100倍,所以這就有利于成分均勻化, 使各微區(qū)之間的電極電位差異較小,增強(qiáng)了耐腐蝕能力。組織的均勻性碳含量等于或接近碳在鐵素體中的最大溶解度 0.0218%。 在 的轉(zhuǎn)變過(guò)程

24、中, 由于 Nb(CN的析出, 鐵素體中碳的溶解度極限不容易被超過(guò),從而在顯微組織中形成 碳化物或 Fe 3C 的可能性極小,高碳 M A C 組元的出現(xiàn)幾率也很小,即較少發(fā)生 C 原子的分配,并通過(guò)適宜工藝使鋼板最終組織以針狀鐵素體為主, 與傳統(tǒng)的珠光體-鐵索體鋼而言,這種組織均勻性更好,各微區(qū)之間電極電位更趨于一致,提高了其耐候性能。 適宜的化學(xué)成分通過(guò)適宜的 Cu-Cr-Ni 耐候性元素配比，通過(guò)其在鋼板內(nèi)銹層的富集來(lái)保證耐候性。 潔凈度和晶粒度 經(jīng)真空循環(huán)脫氣處理，全流程保護(hù)性澆注，同時(shí)控制 S 含量在 0.006%以下，以盡量減少夾雜，提高鋼 質(zhì)純凈度。通過(guò) TMCP+回火技術(shù)，使組織充分細(xì)化，超細(xì)晶粒降低了晶界上的夾雜物含量，顯著提高了晶界 的潔凈度，結(jié)果造成了鋼的耐候性提高。 即將通車(chē)的杭州灣跨海大橋，處于海洋性腐蝕環(huán)境，設(shè)計(jì)者所提出的使用壽命為 100 年以上使得橋梁用 鋼的耐腐蝕性顯得非常突出。其使用的管樁用鋼就采用了經(jīng)濟(jì)型耐候鋼的設(shè)計(jì)理念。煉鋼時(shí)充分利用廢鋼中所 含的殘余元素 Cu，適當(dāng)添加耐候性元素 Cr、Ni 等，并采用精煉工藝，充分降低 S 含量