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中鐵工業(yè)專家?guī)私怃摌蛄褐圃煨落摲N——耐候鋼

2021-05-26 15:05:28 作者：腐蝕與防護來源：腐蝕與防護分享至：

2020年12月16日，西鄉(xiāng)至鎮(zhèn)巴高速公路正式通車運營，至此，地處秦巴山區(qū)深處的革命老區(qū)陜西省鎮(zhèn)巴縣徹底告別不通高速公路的歷史！

逢山開路，遇河搭橋。西鄉(xiāng)至鎮(zhèn)巴高速公路全線橋梁和隧道比例高達91.8%，屬于典型的特殊復(fù)雜地形條件下的山區(qū)高速公路，為陜西省橋隧比最高的高速公路之一。在該項目中，中鐵工業(yè)旗下中鐵寶橋參建整個項目控制性工程之一涇洋河特大橋，該大橋全長6.05公里，主體鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q345qDNH，鋼結(jié)構(gòu)總重約2.4萬噸，是我國目前最長的耐候鋼-混凝土組合梁公路橋。

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Q345qDNH鋼是一種耐候鋼，通過在鋼材表面形成50～100μm厚度的致密和依附性很強的保護膜，既保護了鋼材表面銹層下的基體，又大大提高了耐大氣腐蝕能力，其承載力和使用壽命均比普通混凝土橋梁提高10%以上。由于全橋采用免涂裝，對生態(tài)環(huán)境沒有任何污染，符合綠色公路建設(shè)理念，而且在100年使用年限后，鋼板又可以回收利用，極大減少建筑垃圾，真正做到了綠色環(huán)保可回收。

為進一步了解這座我國目前最長的耐候鋼-混凝土組合梁公路橋制造中使用耐候鋼的原因，以及全球免涂裝耐候鋼橋的建造情況和技術(shù)發(fā)展，小編專門采訪了橋梁技術(shù)專家、中鐵山橋鋼結(jié)構(gòu)工藝研究院焊接室主任、教授級高工徐向軍。

1.什么是耐候鋼？

耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，在低合金鋼成分基礎(chǔ)上添加適量銅、鉻、鎳等合金元素而成，通過Cu-Cr-Ni元素在鋼板內(nèi)銹層的富集，使鋼材表面形成致密和附著性強的保護膜，保護銹層下面的基體不受銹蝕，以減緩其腐蝕速度，作為建筑鋼結(jié)構(gòu)可以免涂裝使用，降低鋼橋的全壽命成本。因此，耐候鋼具有耐銹蝕性、省工降耗等特點，是新型的綠色環(huán)保鋼材。

2.為什么要在鋼橋梁制造中采用耐候鋼？

以中鐵工業(yè)旗下中鐵寶橋參建的藏木特大橋——中國第一座免涂裝耐候鋼鐵路橋為例。中國鐵道學(xué)會理事長、中國工程院院士盧春房在作《鐵路橋梁技術(shù)》特邀報告時表示，免涂裝耐候鋼有以下三方面的突出優(yōu)點：

一是盡管初期成本增加約5%，但對比分析表明，40年使用期限內(nèi)普通鋼加涂裝鋼橋的總費用（3次反復(fù)涂裝）超過耐候鋼橋總費用的2倍。因此使用免涂裝耐候鋼可以大幅降低壽命周期成本，有效解決人煙稀少、養(yǎng)護困難問題；

二是減少工廠和現(xiàn)場涂裝，縮短工期；

三是減少涂裝可降低有機揮發(fā)物的釋放，對環(huán)境有益。

拉林鐵路藏木特大橋合龍

3.目前全球免涂裝耐候鋼橋的建造情況

在氣候適宜地區(qū)大力推廣、建造免涂裝耐候鋼橋，符合環(huán)保要求及全壽命周期成本較低的優(yōu)勢，是一個好的發(fā)展方向。耐候橋梁鋼作為具有優(yōu)良的低溫韌性、焊接性和耐蝕性的新鋼種正在逐漸的被大家認可和接受。在發(fā)達國家已得到廣泛推廣及應(yīng)用，自上世紀60年代以來，美國、歐洲建造了上萬座免涂裝耐候鋼橋；在日本，約20%的橋梁采用耐候鋼；在加拿大，新建的鋼橋中有90%采用耐候鋼。近幾年來，國內(nèi)也相繼建造了拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋、官廳水庫公路大橋等免涂裝耐候鋼橋，積累了一定的經(jīng)驗，為進一步推廣創(chuàng)造了條件。

免涂裝耐候鋼橋案例

4.中鐵工業(yè)在免涂裝耐候鋼橋技術(shù)研發(fā)與建造情況

由于耐候鋼中含有大量合金元素，其碳當量較高，焊接熱影響區(qū)存在一定的淬硬和冷裂傾向，焊接時容易產(chǎn)生冷裂紋；由于雜質(zhì)偏析常常會引起熱裂問題；大熱輸入焊接（如焊絲埋弧焊）時還會出現(xiàn)焊縫脆化問題等。中鐵工業(yè)旗下中鐵山橋、中鐵寶橋、中鐵九橋、中鐵重工針對這些焊接難點對Q345qENH、Q370qENH和Q420qENH耐候鋼進行了深入試驗，包括母材復(fù)驗、Z向性能試驗、焊接性試驗、熱加工工藝性能試驗等以及相應(yīng)耐候鋼焊材試驗等。通過課題試驗研究，掌握了耐候鋼焊接的關(guān)鍵技術(shù)，先后中標我國首座大跨度免涂裝全焊結(jié)構(gòu)耐候鋼公路橋——官廳水庫特大橋，中國第一座免涂裝耐候鋼鐵路橋——藏木特大橋、中國首座耐候鋼大跨徑鋼拱橋——大連普灣新區(qū)十六號路跨海橋、世界第一高橋——北盤江大橋、撫州東外環(huán)紅日水庫中橋、張吉懷鐵路酉水大橋、拉薩貢嘎機場匝道橋、襄陽北編組站大橋、陜西延長至黃龍高速公路鋼結(jié)構(gòu)項目等重點工程，參編中國工程建設(shè)標準化協(xié)會《橋梁工程耐候鋼應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，確保了公司在大跨度耐候鋼橋制造業(yè)中的領(lǐng)先地位。

2011年開始，中鐵山橋就開始進行耐候橋梁鋼的焊接試驗研究工作，先后與鞍鋼、南鋼、燕山大學(xué)、北京鐵道科學(xué)研究院等單位聯(lián)合，進行了耐候橋梁鋼的生產(chǎn)和焊接試驗研究，先后對GR.50W、Q345qDNH、Q345qENH、 Q370qENH、Q420qENH等耐候橋梁鋼進行了試驗研究。并將研究成果首先應(yīng)用于美國阿拉斯加鐵路橋（2013年完成制造）。

2012-2016年，中鐵山橋還先后將耐候鋼焊接技術(shù)應(yīng)用于港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱、新西蘭273號橋和北盤江大橋壓重箱梁等免涂裝耐候鋼結(jié)構(gòu)項目，其中港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱結(jié)構(gòu)采用Q355NHD耐候鋼，新西蘭273號橋采用Gr50W耐候鋼（按照AWS D1.5斷裂控制要求制造），北盤江大橋壓重箱梁采用Q355NHD耐候鋼。

港珠澳大橋青州航道橋索塔鋼錨箱

官廳水庫特大橋

官廳水庫特大橋為全焊免涂裝耐候鋼橋，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工地現(xiàn)場有大量的焊接工作，焊接條件艱苦，焊接位置涉及到平、立、仰位等多種位置，焊接難度大。大橋主結(jié)構(gòu)采用Q345qENH鋼板，對焊接質(zhì)量要求高，焊接接頭-40℃低溫沖擊功不小于34J，韌性要求遠遠高于美國阿拉斯加橋的要求；同時要求焊材熔覆金屬耐大氣腐蝕指數(shù)I≥6.2，這也高于耐候橋梁鋼的要求（I≥6.0），嚴于美國規(guī)范要求。通過充分細致研究，對不同耐候鋼焊材分別進行了焊接試驗研究，確定了與官廳水庫特大橋耐候鋼相匹配的免涂裝使用的焊接材料，進行各項焊接評定試驗，開展耐候鋼橋全斷面焊接的研究及工地焊接接頭性能試驗研究等一系列課題研究，為官廳水庫免涂裝耐候鋼橋的制造做好了技術(shù)準備。

拉林鐵路藏木特大橋架設(shè)現(xiàn)場照

目前，免涂裝耐候鋼橋梁在中國鐵路建設(shè)中尚處于起步階段。中鐵寶橋參建的拉林鐵路藏木特大橋橋位海拔高達3300m，后期維修養(yǎng)護十分困難，該地區(qū)高寒、大溫差、強紫外線、氣候干燥、無污染、生態(tài)脆弱，在大橋制造中已成功應(yīng)用了Q345qENH、Q420qENH耐候鋼，是中國第一座免涂裝耐候鋼鐵路橋，該橋于2019年9月合龍，拉林鐵路藏木特大橋和官廳水庫特大橋的成功制造對推動我國耐候鋼在橋梁上的應(yīng)用具有重要的意義。