中铁工业专家带您了解钢桥梁制造新钢种—

中铁工业专家带您了解钢桥梁制造新钢种——耐候钢

2021-05-26 15:05:28 作者：腐蚀与防护来源：腐蚀与防护分享至：

2020年12月16日，西乡至镇巴高速公路正式通车运营，至此，地处秦巴山区深处的革命老区陕西省镇巴县彻底告别不通高速公路的历史！

逢山开路，遇河搭桥。西乡至镇巴高速公路全线桥梁和隧道比例高达91.8%，属于典型的特殊复杂地形条件下的山区高速公路，为陕西省桥隧比最高的高速公路之一。在该项目中，中铁工业旗下中铁宝桥参建整个项目控制性工程之一泾洋河特大桥，该大桥全长6.05公里，主体钢结构材质为Q345qDNH，钢结构总重约2.4万吨，是我国目前最长的耐候钢-混凝土组合梁公路桥。

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Q345qDNH钢是一种耐候钢，通过在钢材表面形成50～100μm厚度的致密和依附性很强的保护膜，既保护了钢材表面锈层下的基体，又大大提高了耐大气腐蚀能力，其承载力和使用寿命均比普通混凝土桥梁提高10%以上。由于全桥采用免涂装，对生态环境没有任何污染，符合绿色公路建设理念，而且在100年使用年限后，钢板又可以回收利用，极大减少建筑垃圾，真正做到了绿色环保可回收。

为进一步了解这座我国目前最长的耐候钢-混凝土组合梁公路桥制造中使用耐候钢的原因，以及全球免涂装耐候钢桥的建造情况和技术发展，小编专门采访了桥梁技术专家、中铁山桥钢结构工艺研究院焊接室主任、教授级高工徐向军。

1.什么是耐候钢？

耐候钢即耐大气腐蚀钢，在低合金钢成分基础上添加适量铜、铬、镍等合金元素而成，通过Cu-Cr-Ni元素在钢板内锈层的富集，使钢材表面形成致密和附着性强的保护膜，保护锈层下面的基体不受锈蚀，以减缓其腐蚀速度，作为建筑钢结构可以免涂装使用，降低钢桥的全寿命成本。因此，耐候钢具有耐锈蚀性、省工降耗等特点，是新型的绿色环保钢材。

2.为什么要在钢桥梁制造中采用耐候钢？

以中铁工业旗下中铁宝桥参建的藏木特大桥——中国第一座免涂装耐候钢铁路桥为例。中国铁道学会理事长、中国工程院院士卢春房在作《铁路桥梁技术》特邀报告时表示，免涂装耐候钢有以下三方面的突出优点：

一是尽管初期成本增加约5%，但对比分析表明，40年使用期限内普通钢加涂装钢桥的总费用（3次反复涂装）超过耐候钢桥总费用的2倍。因此使用免涂装耐候钢可以大幅降低寿命周期成本，有效解决人烟稀少、养护困难问题；

二是减少工厂和现场涂装，缩短工期；

三是减少涂装可降低有机挥发物的释放，对环境有益。

拉林铁路藏木特大桥合龙

3.目前全球免涂装耐候钢桥的建造情况

在气候适宜地区大力推广、建造免涂装耐候钢桥，符合环保要求及全寿命周期成本较低的优势，是一个好的发展方向。耐候桥梁钢作为具有优良的低温韧性、焊接性和耐蚀性的新钢种正在逐渐的被大家认可和接受。在发达国家已得到广泛推广及应用，自上世纪60年代以来，美国、欧洲建造了上万座免涂装耐候钢桥；在日本，约20%的桥梁采用耐候钢；在加拿大，新建的钢桥中有90%采用耐候钢。近几年来，国内也相继建造了拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥、官厅水库公路大桥等免涂装耐候钢桥，积累了一定的经验，为进一步推广创造了条件。

免涂装耐候钢桥案例

4.中铁工业在免涂装耐候钢桥技术研发与建造情况

由于耐候钢中含有大量合金元素，其碳当量较高，焊接热影响区存在一定的淬硬和冷裂倾向，焊接时容易产生冷裂纹；由于杂质偏析常常会引起热裂问题；大热输入焊接（如焊丝埋弧焊）时还会出现焊缝脆化问题等。中铁工业旗下中铁山桥、中铁宝桥、中铁九桥、中铁重工针对这些焊接难点对Q345qENH、Q370qENH和Q420qENH耐候钢进行了深入试验，包括母材复验、Z向性能试验、焊接性试验、热加工工艺性能试验等以及相应耐候钢焊材试验等。通过课题试验研究，掌握了耐候钢焊接的关键技术，先后中标我国首座大跨度免涂装全焊结构耐候钢公路桥——官厅水库特大桥，中国第一座免涂装耐候钢铁路桥——藏木特大桥、中国首座耐候钢大跨径钢拱桥——大连普湾新区十六号路跨海桥、世界第一高桥——北盘江大桥、抚州东外环红日水库中桥、张吉怀铁路酉水大桥、拉萨贡嘎机场匝道桥、襄阳北编组站大桥、陕西延长至黄龙高速公路钢结构项目等重点工程，参编中国工程建设标准化协会《桥梁工程耐候钢应用技术规程》，确保了公司在大跨度耐候钢桥制造业中的领先地位。

2011年开始，中铁山桥就开始进行耐候桥梁钢的焊接试验研究工作，先后与鞍钢、南钢、燕山大学、北京铁道科学研究院等单位联合，进行了耐候桥梁钢的生产和焊接试验研究，先后对GR.50W、Q345qDNH、Q345qENH、 Q370qENH、Q420qENH等耐候桥梁钢进行了试验研究。并将研究成果首先应用于美国阿拉斯加铁路桥（2013年完成制造）。

2012-2016年，中铁山桥还先后将耐候钢焊接技术应用于港珠澳大桥青州航道桥索塔钢锚箱、新西兰273号桥和北盘江大桥压重箱梁等免涂装耐候钢结构项目，其中港珠澳大桥青州航道桥索塔钢锚箱结构采用Q355NHD耐候钢，新西兰273号桥采用Gr50W耐候钢（按照AWS D1.5断裂控制要求制造），北盘江大桥压重箱梁采用Q355NHD耐候钢。

港珠澳大桥青州航道桥索塔钢锚箱

官厅水库特大桥

官厅水库特大桥为全焊免涂装耐候钢桥，结构复杂，工地现场有大量的焊接工作，焊接条件艰苦，焊接位置涉及到平、立、仰位等多种位置，焊接难度大。大桥主结构采用Q345qENH钢板，对焊接质量要求高，焊接接头-40℃低温冲击功不小于34J，韧性要求远远高于美国阿拉斯加桥的要求；同时要求焊材熔覆金属耐大气腐蚀指数I≥6.2，这也高于耐候桥梁钢的要求（I≥6.0），严于美国规范要求。通过充分细致研究，对不同耐候钢焊材分别进行了焊接试验研究，确定了与官厅水库特大桥耐候钢相匹配的免涂装使用的焊接材料，进行各项焊接评定试验，开展耐候钢桥全断面焊接的研究及工地焊接接头性能试验研究等一系列课题研究，为官厅水库免涂装耐候钢桥的制造做好了技术准备。

拉林铁路藏木特大桥架设现场照

目前，免涂装耐候钢桥梁在中国铁路建设中尚处于起步阶段。中铁宝桥参建的拉林铁路藏木特大桥桥位海拔高达3300m，后期维修养护十分困难，该地区高寒、大温差、强紫外线、气候干燥、无污染、生态脆弱，在大桥制造中已成功应用了Q345qENH、Q420qENH耐候钢，是中国第一座免涂装耐候钢铁路桥，该桥于2019年9月合龙，拉林铁路藏木特大桥和官厅水库特大桥的成功制造对推动我国耐候钢在桥梁上的应用具有重要的意义。