国外高性能耐候桥梁用钢开发及应用(一)

  随着钢结构桥梁向大跨度和全焊接结构方向发展,对桥梁结构的安全可靠性要求越来越严格,由此对钢板质量提出了更高的要求,即不仅要求其具有高强度以满足结构轻量化要求,而且还应具有优良的低温韧性、焊接性和耐蚀性等。对此,美国和日本分别投入大量资源开发了满足上述要求的高性能耐候桥梁用钢,并且取得了可观的经济效益和社会效益。在国外,低成本高性能耐候桥梁用钢已成为桥梁用钢发展的一个新方向。

  典型耐候桥梁用钢的开发

  美国耐候桥梁用钢。自二十世纪九十年代以来,由美国钢铁学会、美国联邦公路管理署、美国海军和米塔尔美国公司联合立项研究高性能钢,由米塔尔美国公司参与研发和生产,先后开发了HPS50W、HPS70W和HPS100W系列钢种,具体产品的化学成分、力学性能分别见表1、2。

  注:夏比V型缺口冲击吸收功的测试温度分别为-12,-23,-34℃;各品种均采用淬火—回火工艺生产。其中,HPS50W采用TMCP(热机械控制工艺)生产时的长度为15200mm;HPS70W采用TMCP生产时的厚度为50mm、宽度为3000mm、长度为38100mm。

  截至2000年,美国45%的耐候桥梁用钢可以不涂装。桥梁用钢量大幅减少,与传统的桥梁用钢相比,桥梁制造成本降低最高可达18%,重量减轻可达20%以上。

  日本耐候桥梁用钢。日本新日铁住金公司开发了具有抗腐蚀性的耐候高性能桥梁用钢BHS700W,其化学成分(%)为C:0.06;Si:0.26;Mn:1.30;P:0.004;S:0.001;Cu:1.13;Ni:1.46;Cr:0.59;Mo:0.44;V:0.04;B:0.0002;Pcm:0.280。

  注:Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B(%),为焊接冷裂纹敏感指数。

  力学性能为屈服强度:782MPa;抗拉强度:820MPa;断后伸长率24%;夏比冲击吸收功:245J;厚度方向断面收缩率:54%(夏比冲击吸收功的测试条件为V型口平行轧向)。

  在焊接方面,BHS700W的Pcm较大,且强度较高,导致BHS700W的焊接预热温度在50℃左右,同时其焊接热输入降为5kJ/mm,从而减少焊缝开裂。BHS700W的碳含量低,以此来降低焊接预热温度。除此之外,还有效利用了铜的时效析出来保证钢板的强度。通过控制工艺过程,使钢板的屈服强度增加了15MPa。

  耐候桥梁用钢的应用

  裸装使用是耐候钢最突出的优点,也是最为常见的使用方法,可以最大程度发挥耐候钢的优势。一般经过4—15年后,耐候钢表面才能形成一层致密的锈层,锈层逐渐稳定,腐蚀发展减慢,外观呈巧克力色,从而达到保护基体的目的,这是耐候钢独特的使用方法。耐候钢的锈层稳定化过程受钢材的化学成分、使用环境、构造细节和机械磨损等条件的影响,如果使用不当而破坏了稳定锈层的生成条件,则耐候钢将会产生严重腐蚀。实践证明,在无严重大气污染或非特别潮湿的地区,耐候钢可直接裸露于大气中,但在海水和含盐地区、温泉(含H2S)地区以及亚硫酸气体浓度较高的地区都不宜使用耐候钢。

链接:国外高性能耐候桥梁用钢开发及应用(二)