國外高性能耐候橋梁用鋼開發(fā)及應用(一)

  隨著鋼結構橋梁向大跨度和全焊接結構方向發(fā)展,對橋梁結構的安全可靠性要求越來越嚴格,由此對鋼板質量提出了更高的要求,即不僅要求其具有高強度以滿足結構輕量化要求,而且還應具有優(yōu)良的低溫韌性、焊接性和耐蝕性等。對此,美國和日本分別投入大量資源開發(fā)了滿足上述要求的高性能耐候橋梁用鋼,并且取得了可觀的經濟效益和社會效益。在國外,低成本高性能耐候橋梁用鋼已成為橋梁用鋼發(fā)展的一個新方向。

  典型耐候橋梁用鋼的開發(fā)

  美國耐候橋梁用鋼。自二十世紀九十年代以來,由美國鋼鐵學會、美國聯(lián)邦公路管理署、美國海軍和米塔爾美國公司聯(lián)合立項研究高性能鋼,由米塔爾美國公司參與研發(fā)和生產,先后開發(fā)了HPS50W、HPS70W和HPS100W系列鋼種,具體產品的化學成分、力學性能分別見表1、2。

  注:夏比V型缺口沖擊吸收功的測試溫度分別為-12,-23,-34℃;各品種均采用淬火—回火工藝生產。其中,HPS50W采用TMCP(熱機械控制工藝)生產時的長度為15200mm;HPS70W采用TMCP生產時的厚度為50mm、寬度為3000mm、長度為38100mm。

  截至2000年,美國45%的耐候橋梁用鋼可以不涂裝。橋梁用鋼量大幅減少,與傳統(tǒng)的橋梁用鋼相比,橋梁制造成本降低最高可達18%,重量減輕可達20%以上。

  日本耐候橋梁用鋼。日本新日鐵住金公司開發(fā)了具有抗腐蝕性的耐候高性能橋梁用鋼BHS700W,其化學成分(%)為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(%),為焊接冷裂紋敏感指數(shù)。

  力學性能為屈服強度:782MPa;抗拉強度:820MPa;斷后伸長率24%;夏比沖擊吸收功:245J;厚度方向斷面收縮率:54%(夏比沖擊吸收功的測試條件為V型口平行軋向)。

  在焊接方面,BHS700W的Pcm較大,且強度較高,導致BHS700W的焊接預熱溫度在50℃左右,同時其焊接熱輸入降為5kJ/mm,從而減少焊縫開裂。BHS700W的碳含量低,以此來降低焊接預熱溫度。除此之外,還有效利用了銅的時效析出來保證鋼板的強度。通過控制工藝過程,使鋼板的屈服強度增加了15MPa。

  耐候橋梁用鋼的應用

  裸裝使用是耐候鋼最突出的優(yōu)點,也是最為常見的使用方法,可以最大程度發(fā)揮耐候鋼的優(yōu)勢。一般經過4—15年后,耐候鋼表面才能形成一層致密的銹層,銹層逐漸穩(wěn)定,腐蝕發(fā)展減慢,外觀呈巧克力色,從而達到保護基體的目的,這是耐候鋼獨特的使用方法。耐候鋼的銹層穩(wěn)定化過程受鋼材的化學成分、使用環(huán)境、構造細節(jié)和機械磨損等條件的影響,如果使用不當而破壞了穩(wěn)定銹層的生成條件,則耐候鋼將會產生嚴重腐蝕。實踐證明,在無嚴重大氣污染或非特別潮濕的地區(qū),耐候鋼可直接裸露于大氣中,但在海水和含鹽地區(qū)、溫泉(含H2S)地區(qū)以及亞硫酸氣體濃度較高的地區(qū)都不宜使用耐候鋼。

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