高性能耐候桥梁钢作为新一代先进钢铁材料,与传统普通桥梁钢相比,除了具备较高强度外,钢材的低温韧性、耐大气腐蚀性能,尤其是焊接性能有较大幅度提高。
耐候桥梁钢作为高性能桥梁钢的发展方向,在美国、日本及欧洲等地区已经广泛应用,美国耐候钢桥梁数量占全部钢桥梁的45%,日本耐候钢桥数量占全部钢桥梁的10%,加拿大在新建的钢桥中有90%使用耐候钢。
QqENH卷板耐候桥梁钢化学成分
QqENH卷板耐候桥梁钢化学成分中国虽然在上世纪80年代就建造了第一座免涂装的耐候钢试验桥-武汉巡司河大桥,但由于对耐候钢的应用特性认识不足,桥位“微环境”较为恶劣,因锈蚀严重后来改为表面涂装方案,产生的问题主要包括:
一是在结构设计上未能全面考虑耐候钢板的角度、位置、积水状况等对腐蚀情况的影响;二是碳含量和碳当量过高,对焊前预热和焊后缓冷的要求相应较高,焊接性能有所不足,从而使耐候钢桥的推广使用长期受到质疑。
随着钢铁冶金行业的技术进步、对耐候钢认识的逐步加深,耐候钢桥梁所具有的绿色环保、维护养护简便、寿命周期成本低等优势,已开始引起国内高度重视。
近年来,耐候桥梁钢得到了大力推广,先后成功应用在西藏拉林铁路雅鲁藏布江特大桥、官厅水库特大悬索公路桥、黑河-布拉戈维申斯克黑龙江公路大桥等钢桥的建设中,不仅推动了中国耐候钢桥的蓬勃发展,也为耐候钢桥的技术开发提供广阔平台。
针对常用MPa级耐候桥梁钢耐候性与焊接性难以兼顾的问题,开展了全面系统的试验研究,试验结果均已达到项目指标,为高性能QqENH卷板耐候桥梁钢的推广应用提供了技术支持。
钢板化学成分及力学性能试验
国内某钢厂QqENH卷板钢,板厚规格为6mm,3mm,5mm,4mm。钢板交货状态为“TMCP+回火”。
钢板化学成分复验结果表明,QqENH钢的碳量较低(≤0.06%),S,P等有害元素含量控制在较低水平(P≤0.%,S≤0.%),有利于母材及焊接热影响区减少M-A组元、珠光体等脆硬相、降低冷脆性,提高低温韧性。
QqENH卷板钢添加了足量的Ni,Cr,Cu,Si等耐候性元素,可促进表面形成稳定的高致密性锈层(α-FeOOH),阻止大气中氧、水及其他腐蚀介质向钢材基体渗入,减缓锈蚀向钢材基体纵深发展,提高钢材耐大气腐蚀性。
根据GB/T—《桥梁用结构钢》附录C引用的耐大气腐蚀性指数I计算公式,计算该钢的耐候性指数I为6.5~6.6,达到了美国《高性能钢设计者指南》对高性能耐候钢HPS70W耐候性指数I的要求(I≥6.5)。
此外,QqENH卷板钢的碳含量、碳当量CEV和裂纹敏感系数Pcm均较低,有利于焊接热影响区母材及减少淬硬组织、降低淬硬倾向,大幅度改善焊接性能。
钢板的屈服强度和抗拉强度控制适当,分别为~MPa和~MPa,断后伸长率良好(21.5%~28.0%),屈强比较低(0.72~0.85),具有良好的强塑性,可保证钢材在承受静载时的使用安全性。
钢板弯曲试验结果良好,说明钢板具有良好的冷变形能力及冷加工性能。
母材-40℃冲击吸收能量为~J,富裕量较大,低温韧性优异,可保证钢材防脆断性能。
QqENH钢典型规格钢板的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、低温韧性均符合GB/T—《桥梁用结构钢》的相关要求,综合力学性能优良稳定。
钢板系列温度冲击试验
选取典型厚度2mm,3mm,5mm,6mm的QqENH钢板,按GB/T—《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》,采用10mm×10mm×55mm夏比V形缺口冲击试样,在SANA摆锤式冲击试验机上进行系列低温冲击试验,并确定韧脆转变温度。
在整个试验温度范围内,随着温度降低,冲击吸收能量下降,特别是在-60℃降至-80℃的试验温度区间内,冲击值有较明显的下降趋势。
但2mm,3mm厚钢板在-80℃时的冲击吸收能量保持在J以上,没有出现明显的下屈服平台,韧脆转变温度在-80℃以下;5mm,6mm厚钢板冲击吸收能量虽在-50℃时出现较明显下降趋势,但在-80℃时冲击吸收能量仍在J以上,符合标准要求的同时,仍有相当大的富余量。
试验结果表明,2mm,3mm厚钢板韧脆转变温度在-80℃以下,5mm,6mm厚钢板韧脆转变温度在-70℃左右,具有良好的低温冲击性能,能够满足工程使用要求。
针对QqENH卷板耐候桥梁钢研制焊材熔敷试验,耐候指数与力学性能均能与钢板相匹配;焊接热影响区最高硬度低于HV10;抗裂试验在室温条件下焊接,均未出现裂纹,表明钢板焊接性能良好;典型接头工艺评定各项力学性能指标均满足技术要求。可在国内耐候钢桥梁领域推广应用。
(1)、根据国内不同地区的宏观环境及微观环境特点,应开展长期大气曝晒腐蚀试验,以构建不同地区长期耐候性预测模型,为免涂装耐候钢桥在不同地区的设计与选材提供参考。
(2)、借鉴美国、日本耐候钢桥梁成熟经验,制定钢板、焊材、施工及后期运维管养等方面的标准规范。
(3)、裸露使用的耐候钢桥表面锈层形成需3~5年,在形成稳定化锈层之前常常出现早期锈液流挂与偏色等现象,对环境造成污染,也会影响公众的认知。因此,应加强耐候钢锈层稳定化处理技术的开发应用。
桥梁卷板 QqENH 8 C 85吨 安阳 安钢
桥梁卷板 QqENH 6 C 70吨 安阳 安钢
桥梁卷板 QqENH 3.75 C 90吨 安阳 安钢