耐候钢的最大用途就是造桥

文/鞍钢集团钢铁研究院首席专家 侯华兴

钢结构桥梁在我国的发展前景广阔。钢结构的优势明显，可以循环利用，拆了旧桥建新桥，这是混凝土桥无法比拟的；钢桥环境友好程度高，目前，我国每年修建公路桥61.2万座，修建高铁2000公里，据此统计，未来行业将承受每米废桥将产生10吨垃圾的环保压力。

钢结构桥的劣势很突出，就是容易腐蚀，这就是为什么研发生产耐候钢的原因。

美国不涂装耐候钢桥分布图

国外：纳入国家标准

美国耐候钢最大的用途就是用于建桥。1995年，由美国联邦公路局（FHWA）、美国海军、美国钢铁学会（AISI）共同开发出一种高性能耐候桥梁钢（High Performance Steel，HPS）HPS70W （相当于我国HPS485W屈服强度的高性能钢），至少节约成本18%，减轻重量 28%。HPS 50W（HPS 345W）、HPS 100W（HPS 690W）纳入ASTM A709标准中（美国材料协会标准）。2005年，美国第200座HPS钢桥投入使用。

美国研发的高性能耐候钢特点突出，低碳含量（≤0.08%），采用TMCP（热轧过程中控制温度和冷却的技术）、调质、析出强化或采用加速冷却或直接淬火工艺等先进冶金生产工艺。高性能耐候钢除了具备优良的耐候性能外，钢材的强度、焊接性能、低温韧性、抗脆断性能、高温蠕变性能、疲劳性能以及持久强度等方面都较普通钢材得到较大改善。

日本于1967年开始使用耐候钢建造桥梁，根据岛国自身环境，日本将耐候钢分为了两个类别——一般大气环境用耐候桥梁钢、沿海大气环境用镍系高耐候钢。后者主要用于适应空气中盐分沉积量高也就是氯离子浓度高的沿海气候。日本分段测量了沿海氯离子的含量，施划了设计标准图，规定了哪些地段可以使用高镍耐候钢，哪些地段不能使用，比如日本海沿岸20公里以内不能使用普通耐候钢，太平洋和濑户内海沿岸2公里以内不能使用普通耐候钢。这一规定尚未纳入国家标准，但是已经纳入行业标准和一些企业标准。近年来，日本先后于2010年、2011年、2015年在东北新干线、九州新干线、北陆新干线上使用了镍系耐候钢建造桥梁。

欧洲标准中（标准号：EN10025-5）的耐候钢种类有三个——S235（J0、J2）W、S355（J0、J2、K2）W 、S355（J0、J2）WP。俄罗斯注重耐候钢在极低温条件下的表现，比如高硅耐候钢材。

国内：纳入“十三五”重大专项

从2004年开始，国内鞍钢、武钢等钢铁企业专注于开发高性能钢。2015年制定国家标准时，将耐候钢材料纳入《桥梁用结构钢》（GB/T714—2015）标准，Q345qNH、Q370qNH、Q420qNH、Q460qNH、Q500qNH、Q550qNH牌号的高性能耐候钢均被纳入，鞍钢、武钢、宝钢、首钢、南钢、新余等企业都具备供货能力，并且逐渐出现了工程应用，工程实践中有涂装应用、免涂装应用和半涂装应用，据不完全统计，达到20余座。

鞍钢集团于2011年向美国阿拉斯加塔纳纳西河铁路桥项目提供供货钢料

2016年通车的辽宁省铁岭毛家店耐候钢桥

目前，由武钢牵头的高性能耐候钢研发项目，纳入了“十三五”重大专项中，目前，项目已经正式启动。

我国目前也在开发具有桥梁建造潜力的新材料。比如鞍钢和宝钢等钢厂都在研发的普通钢和不锈钢的复合钢板，复合方法通过爆炸复合、真空焊接加轧制复合等，国内目前有些桥面已经实现了批量应用；另外，普通钢和钛合金的复合钢板也得到了关注，这种复合钢可以满足在海水中耐腐蚀，这样一来，跨海大桥桥墩耐蚀或者飞溅区等问题都将得到很好的解决。长材方面，耐蚀钢筋、耐候的H型钢等也实现了生产和供货。

表1 鞍钢高性能耐候桥梁钢产品牌号

桥梁耐候钢标准大纲已评审通过

在高性能耐候钢桥实现免涂装应用的路上，还有很多问题需要关注。作为钢铁行业，其主要职责是生产出能用、好用的材料；作为交通行业，则要关注如何用好这些材料。

耐蚀钢是在大气中应用的，根据大气中不同的腐蚀因子，如二氧化硫、氯离子、一般大气，用钢的化学成分应当有所区别。在水中、土中是不能应用耐候钢的。钢种耐候性会因企业生产工艺的不同，导致钢材耐候性的表现也不一样。

一些辅助材料使用的匹配性也应当注意，比如焊材及螺栓、铆钉等，需从成分上和自腐蚀电位上考虑是否匹配。钢桥在结构设计上应特别注意排水、桥距离水面的高度等。

对于跨海大桥是否能够实现耐候钢不涂装应用，笔者认为是具备条件实现的，其取决于桥面距离水面的高度，鞍钢在对海洋氯离子做的相关测算工作显示，距离内陆越远，氯离子含量呈几何级数下降，距离海面越远，氯离子含量呈更大的几何级数下降。可见，根据可靠数据、解决锈层稳定等问题后，跨海大桥可以采用免涂装耐候钢建造。

我国耐候钢在桥梁上的应用处于起步阶段，还存在一系列客观问题，比如，数据不充分，虽然我国大气环境监测站可以提供相应数据，但是监测站数量有限、站点分布不均匀，其数据无法作为耐蚀钢应用的依据，应该充实数据，制作相应的等高图等。目前，设计规范的空缺，阻碍了耐候钢在桥梁建造的应用，而规范的制定陷入了“没有规范不敢用，没有用过不敢编制规范”的局面，笔者建议率先制定指南性规范，提供参考和借鉴。今年，钢桥联盟联合鞍钢和数家研究院，向中国公路学会申报了《桥梁耐候钢》的标准，已经立项并评审通过了大纲。