我国桥梁用钢现状及耐候桥梁钢发展

1989年底，在铁道部郑州铁路局公务处的大力支持下，由铁道部科学研究院研究开发，武钢试制，铁道部专业设计院主持设计，宝鸡桥梁厂制造了三孔耐候钢箱梁，钢号为NH35q,与现在常用的16锰桥钢系同一强度等级。作为试验，将其中一孔梁采用裸使用，其余两孔涂面漆，1991年已经投入使用：这座桥架设于京广铁路巡司河上，是我国第一座耐大气腐蚀钢桥。5年挂片实验结果表明，耐大气腐蚀性能比普碳钢提高1.5～2倍，各项实际性能与国外的Cor-ten B和SMA50钢水平相当。此钢种是目前国内开发的第一个耐大气腐蚀桥梁专用钢，其化学成分见表4。

但是，自从该钢成功开发以后，并没有得到广泛的应用。究其原因，大致有以下几点：桥梁钢耐候性的重要性在当时并未引起包括桥梁制造部门的应有重视。当时的桥梁工程并不多，跨度也不大，设计者一般只考虑起强韧性，抗冲击性和焊接性等方面；相关单位未能对NHq35进行强有力的推广；钢种开发未能系列化，不适应桥梁工程发展的多种需求。在设计上未能考虑耐候钢板的角度、位置、积水状况等对腐蚀情况的影响。 资源节约型与环境友好型社会的发展，要求在桥梁建造上采用耐候钢的呼声已经重新引起桥梁钢研发者的重视。国内以武钢为代表的一些钢铁企业一直在做这方面的尝试与开拓。

在建的京沪高速铁路南京大胜关长江大桥采用的是武钢在国内率先研制的新型高强度耐候铁路桥梁钢WNQ570。该钢以超低碳贝氏体(ULCB)为设计主线，并充分利用组织细化、组织均匀等关键技术，使开发钢种具有高强度(Rm≥570MPa，)、高韧性(-40℃Akv≥120J)和优异的焊接性(Pcm≤0.20)，以及良好的耐候性能等(该钢相对于09CuPCrNi的相对腐蚀率仅0.63)。

WNQ570钢耐腐蚀性的设计思路就是以超低碳(小于0.02%，wt)辅之以适宜的Cu、Cr、Ni等耐候性元素配比，经高纯净化处理，并通过适宜的浇注与轧制热处理等工艺，使钢板得到组织均匀性较好的针状铁素体组织，使得各微区之间电极电位差异较小，增强其耐腐蚀能力。 WNQ570钢耐腐蚀性的具体特点如下： ①化学成分的均匀性

钢中碳含量等于或接近碳在铁素体中的最大溶解度0.0218%，以尽量减少成分偏析，保证成分的均匀性。因为低的碳含量可以减少偏析的趋势，中碳钢最大的危害就是在包晶反应区枝晶间合金元素的富集。在这一包晶反应区，由于体心立方的δ-Fe向面心立方的奥氏体的转变，枝晶间产生附加的收缩。由于液相也参与这一反应，合金元素很自然会在枝晶间富集。如果降低碳含量，由于δ区的扩大，凝固温度区间的减小，枝晶间的偏析就会大大降低，而固溶原子在δ-Fe中的扩散速率是在奥氏体中的100倍，所以这就有利于成分均匀化，使各微区之间的电极电位差异较小，增强了耐腐蚀能力。 ②组织的均匀性

碳含量等于或接近碳在铁素体中的最大溶解度0.0218%。在γ→α的转变过程中，由于Nb(CN)的析出，铁素体中碳的溶解度极限不容易被超过，从而在显微组织中形成ε碳化物或Fe3C的可能性极小，高碳M—A—C组元的出现几率也很小，即较少发生C原子的分配，并通过适宜工艺使钢板最终组织以针状铁素体为主，与传统的珠光体－铁索体钢而言，这种组织均匀性更好，各微区之间电极电位更趋于一致，提高了其耐候性能。 ③适宜的化学成分

通过适宜的Cu-Cr-Ni耐候性元素配比，通过其在钢板内锈层的富集来保证耐候性。 ④洁净度和晶粒度

经真空循环脱气处理，全流程保护性浇注，同时控制S含量在0.006%以下，以尽量减少夹杂，提高钢质纯净度。通过TMCP+回火技术，使组织充分细化，超细晶粒降低了晶界上的夹杂物含量，显著提高了晶界的洁净度，结果造成了钢的耐候性提高。

即将通车的杭州湾跨海大桥，处于海洋性腐蚀环境，设计者所提出的使用寿命为100年以上使得桥梁用钢的耐腐蚀性显得非常突出。其使用的管桩用钢就采用了经济型耐候钢的设计理念。炼钢时充分利用废钢中所含的残余元素Cu，适当添加耐候性元素Cr、Ni等，并采用精炼工艺，充分降低S含量等。使得钢卷在不明显提高成本的同时，提高其耐腐蚀性能，以为市场所接受。

在不涂装耐候桥梁钢方面，国内目前还未见其他报道，但在一些不影响环境美观、交通不便的山区或峡谷地带，由于人工维护不便，可以选取一些小型桥梁推广使用不涂装耐候桥梁钢。 5、我国耐候桥梁用钢发展中所存在的问题

尽管我国在耐候桥梁钢方面做了一些研究工作，在钢材的耐候性机理，在成分与工艺控制、在组织的选择与保证上都作了深入的研究工作，但是我国耐候桥梁钢的应用并不广泛。从桥梁钢构件的制作到后期维护的整体上看，使用耐候桥梁钢具有经济性，但是由于合金成本增加，购买钢板的单项投资要略高于同等级普通桥梁钢，这一点很难为市场接受。使用耐候桥梁钢的相关国家或行业标准还未建立或健全，影响设计者对耐候桥梁钢选用的积极性。如在锈层的折减计算、耐候性钢板的构造细节、制作与拼装的配套材料如焊材、螺栓等都缺乏系统数据与标准。钢铁企业、桥梁设计部门、制造部门需要通力协作，对耐候桥梁钢(涂装、不涂装)的设计与施工中所遇到的一些细节问题进行周密而系统的研究，并对正在服役的耐候性桥梁进行跟踪，了解其在使用中所存在的问题，以期建立相应的企业或行业与国家标准，便于设计者选取，才能为耐候桥梁钢的应用奠定坚实的基础。 6、结束语

在我国《中长期铁路网规划》中明确提出，到2020年，全国铁路营运里程达到10万公里，主要繁忙干线实现客货分线，规划建设新线约1.6万公里，规划既有线增建二线1.3万公里，这为铁路桥梁的建设提供了极大的机遇，也将为我国铁路桥梁用钢带来更大的发展。五大跨海工程的建设对桥梁用钢的发展也将产生极大的推动作用。

在今后的桥梁钢发展中，顺应桥梁工程发展需要的高强度、可焊性、防断性、疲劳性、耐候性良好的高性能桥梁钢将是我国桥梁钢发展的主要方向。我国在耐候桥梁钢的使用上还缺乏足够的工程数据，相应的行业或国家标准还未建立，还需要开展系统的研究工作。