耐候鋼的最大用途就是造橋

文/鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院首席專(zhuān)家 侯華興

鋼結(jié)構(gòu)橋梁在我國(guó)的發(fā)展前景廣闊。鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)明顯，可以循環(huán)利用，拆了舊橋建新橋，這是混凝土橋無(wú)法比擬的；鋼橋環(huán)境友好程度高，目前，我國(guó)每年修建公路橋61.2萬(wàn)座，修建高鐵2000公里，據(jù)此統(tǒng)計(jì)，未來(lái)行業(yè)將承受每米廢橋?qū)a(chǎn)生10噸垃圾的環(huán)保壓力。

鋼結(jié)構(gòu)橋的劣勢(shì)很突出，就是容易腐蝕，這就是為什么研發(fā)生產(chǎn)耐候鋼的原因。

美國(guó)不涂裝耐候鋼橋分布圖

國(guó)外：納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)耐候鋼最大的用途就是用于建橋。1995年，由美國(guó)聯(lián)邦公路局（FHWA）、美國(guó)海軍、美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)（AISI）共同開(kāi)發(fā)出一種高性能耐候橋梁鋼（High Performance Steel，HPS）HPS70W （相當(dāng)于我國(guó)HPS485W屈服強(qiáng)度的高性能鋼），至少節(jié)約成本18%，減輕重量 28%。HPS 50W（HPS 345W）、HPS 100W（HPS 690W）納入ASTM A709標(biāo)準(zhǔn)中（美國(guó)材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)）。2005年，美國(guó)第200座HPS鋼橋投入使用。

美國(guó)研發(fā)的高性能耐候鋼特點(diǎn)突出，低碳含量（≤0.08%），采用TMCP（熱軋過(guò)程中控制溫度和冷卻的技術(shù)）、調(diào)質(zhì)、析出強(qiáng)化或采用加速冷卻或直接淬火工藝等先進(jìn)冶金生產(chǎn)工藝。高性能耐候鋼除了具備優(yōu)良的耐候性能外，鋼材的強(qiáng)度、焊接性能、低溫韌性、抗脆斷性能、高溫蠕變性能、疲勞性能以及持久強(qiáng)度等方面都較普通鋼材得到較大改善。

日本于1967年開(kāi)始使用耐候鋼建造橋梁，根據(jù)島國(guó)自身環(huán)境，日本將耐候鋼分為了兩個(gè)類(lèi)別——一般大氣環(huán)境用耐候橋梁鋼、沿海大氣環(huán)境用鎳系高耐候鋼。后者主要用于適應(yīng)空氣中鹽分沉積量高也就是氯離子濃度高的沿海氣候。日本分段測(cè)量了沿海氯離子的含量，施劃了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖，規(guī)定了哪些地段可以使用高鎳耐候鋼，哪些地段不能使用，比如日本海沿岸20公里以?xún)?nèi)不能使用普通耐候鋼，太平洋和瀨戶內(nèi)海沿岸2公里以?xún)?nèi)不能使用普通耐候鋼。這一規(guī)定尚未納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是已經(jīng)納入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái)，日本先后于2010年、2011年、2015年在東北新干線、九州新干線、北陸新干線上使用了鎳系耐候鋼建造橋梁。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)中（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：EN10025-5）的耐候鋼種類(lèi)有三個(gè)——S235（J0、J2）W、S355（J0、J2、K2）W 、S355（J0、J2）WP。俄羅斯注重耐候鋼在極低溫條件下的表現(xiàn)，比如高硅耐候鋼材。

國(guó)內(nèi)：納入“十三五”重大專(zhuān)項(xiàng)

從2004年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)鞍鋼、武鋼等鋼鐵企業(yè)專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)高性能鋼。2015年制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將耐候鋼材料納入《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T714—2015）標(biāo)準(zhǔn)，Q345qNH、Q370qNH、Q420qNH、Q460qNH、Q500qNH、Q550qNH牌號(hào)的高性能耐候鋼均被納入，鞍鋼、武鋼、寶鋼、首鋼、南鋼、新余等企業(yè)都具備供貨能力，并且逐漸出現(xiàn)了工程應(yīng)用，工程實(shí)踐中有涂裝應(yīng)用、免涂裝應(yīng)用和半涂裝應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，達(dá)到20余座。

鞍鋼集團(tuán)于2011年向美國(guó)阿拉斯加塔納納西河鐵路橋項(xiàng)目提供供貨鋼料

2016年通車(chē)的遼寧省鐵嶺毛家店耐候鋼橋

目前，由武鋼牽頭的高性能耐候鋼研發(fā)項(xiàng)目，納入了“十三五”重大專(zhuān)項(xiàng)中，目前，項(xiàng)目已經(jīng)正式啟動(dòng)。

我國(guó)目前也在開(kāi)發(fā)具有橋梁建造潛力的新材料。比如鞍鋼和寶鋼等鋼廠都在研發(fā)的普通鋼和不銹鋼的復(fù)合鋼板，復(fù)合方法通過(guò)爆炸復(fù)合、真空焊接加軋制復(fù)合等，國(guó)內(nèi)目前有些橋面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量應(yīng)用；另外，普通鋼和鈦合金的復(fù)合鋼板也得到了關(guān)注，這種復(fù)合鋼可以滿足在海水中耐腐蝕，這樣一來(lái)，跨海大橋橋墩耐蝕或者飛濺區(qū)等問(wèn)題都將得到很好的解決。長(zhǎng)材方面，耐蝕鋼筋、耐候的H型鋼等也實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)和供貨。

表1 鞍鋼高性能耐候橋梁鋼產(chǎn)品牌號(hào)

橋梁耐候鋼標(biāo)準(zhǔn)大綱已評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)

在高性能耐候鋼橋?qū)崿F(xiàn)免涂裝應(yīng)用的路上，還有很多問(wèn)題需要關(guān)注。作為鋼鐵行業(yè)，其主要職責(zé)是生產(chǎn)出能用、好用的材料；作為交通行業(yè)，則要關(guān)注如何用好這些材料。

耐蝕鋼是在大氣中應(yīng)用的，根據(jù)大氣中不同的腐蝕因子，如二氧化硫、氯離子、一般大氣，用鋼的化學(xué)成分應(yīng)當(dāng)有所區(qū)別。在水中、土中是不能應(yīng)用耐候鋼的。鋼種耐候性會(huì)因企業(yè)生產(chǎn)工藝的不同，導(dǎo)致鋼材耐候性的表現(xiàn)也不一樣。

一些輔助材料使用的匹配性也應(yīng)當(dāng)注意，比如焊材及螺栓、鉚釘?shù)?，需從成分上和自腐蝕電位上考慮是否匹配。鋼橋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)特別注意排水、橋距離水面的高度等。

對(duì)于跨海大橋是否能夠?qū)崿F(xiàn)耐候鋼不涂裝應(yīng)用，筆者認(rèn)為是具備條件實(shí)現(xiàn)的，其取決于橋面距離水面的高度，鞍鋼在對(duì)海洋氯離子做的相關(guān)測(cè)算工作顯示，距離內(nèi)陸越遠(yuǎn)，氯離子含量呈幾何級(jí)數(shù)下降，距離海面越遠(yuǎn)，氯離子含量呈更大的幾何級(jí)數(shù)下降?？梢?jiàn)，根據(jù)可靠數(shù)據(jù)、解決銹層穩(wěn)定等問(wèn)題后，跨海大橋可以采用免涂裝耐候鋼建造。

我國(guó)耐候鋼在橋梁上的應(yīng)用處于起步階段，還存在一系列客觀問(wèn)題，比如，數(shù)據(jù)不充分，雖然我國(guó)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)站可以提供相應(yīng)數(shù)據(jù)，但是監(jiān)測(cè)站數(shù)量有限、站點(diǎn)分布不均勻，其數(shù)據(jù)無(wú)法作為耐蝕鋼應(yīng)用的依據(jù)，應(yīng)該充實(shí)數(shù)據(jù)，制作相應(yīng)的等高圖等。目前，設(shè)計(jì)規(guī)范的空缺，阻礙了耐候鋼在橋梁建造的應(yīng)用，而規(guī)范的制定陷入了“沒(méi)有規(guī)范不敢用，沒(méi)有用過(guò)不敢編制規(guī)范”的局面，筆者建議率先制定指南性規(guī)范，提供參考和借鑒。今年，鋼橋聯(lián)盟聯(lián)合鞍鋼和數(shù)家研究院，向中國(guó)公路學(xué)會(huì)申報(bào)了《橋梁耐候鋼》的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)立項(xiàng)并評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)了大綱。