????中國(guó)橋梁用鋼發(fā)展???????? 　　1 中國(guó)橋梁工程的發(fā)展　　我國(guó)鐵路橋梁的發(fā)展自1957年的武漢長(zhǎng)江大橋開(kāi)始，經(jīng)歷南京長(zhǎng)江大橋，九江長(zhǎng)江大橋到1998年的蕪湖長(zhǎng)江大橋，經(jīng)過(guò)四個(gè)標(biāo)志性的階段，各階段都代表了一個(gè)時(shí)期橋梁技術(shù)的發(fā)展水平和冶金技術(shù)的發(fā)展水平鐵路橋梁由鉚接、栓焊發(fā)展到蕪湖長(zhǎng)江大橋的整體焊接節(jié)點(diǎn)鋼梁的跨度也由128m發(fā)展到312m，直至504m2000年通車的公鐵兩用橋-蕪湖長(zhǎng)江大橋，主跨達(dá)到312m，集數(shù)十項(xiàng)世界領(lǐng)先技術(shù)為一體，標(biāo)志著我國(guó)鐵路橋梁的制造技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平、正在建設(shè)的南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋，是我國(guó)第一條大跨度高速鐵路橋梁，橋面為六線鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速為300km，標(biāo)志著我國(guó)橋梁行業(yè)又發(fā)展到一個(gè)新的水平　　我國(guó)公路橋梁自20世紀(jì)50年代至80年代經(jīng)歷了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁式橋后，80年代末隨著大跨度公路橋梁的建造，鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)代索橋（斜拉、懸索）顯示出強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力，得到快速發(fā)展國(guó)內(nèi)相繼建造了幾十余座世界級(jí)的大跨度斜拉及懸索橋　　我國(guó)跨海橋梁從無(wú)到有，也經(jīng)歷了飛速的發(fā)展，我國(guó)第一條跨海大橋東海大橋總長(zhǎng)約為31km大橋按雙向六車道加緊急停車帶的高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速80km/h。

2008年通車的杭州灣跨海大橋全長(zhǎng)36.4km，雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h　　2 中國(guó)橋梁用鋼的發(fā)展　　2.1 鐵路橋梁鋼發(fā)展　　2.1.1 發(fā)展歷程　　與橋梁設(shè)計(jì)及制造相比，國(guó)內(nèi)鐵路橋梁用鋼的發(fā)展起步較早，但發(fā)展緩慢60-80年代開(kāi)發(fā)了16Mnq、15MnVq、15MnVNq（橋梁結(jié)構(gòu)用鋼標(biāo)準(zhǔn)YB/168-70、YB（T）10-81）其中16Mnq在行業(yè)中雖然應(yīng)用廣泛，但使用部門反映，16Mnq鋼板采用U形缺口沖擊，韌性指標(biāo)偏低同時(shí)也反映板厚效應(yīng)嚴(yán)重，鐵路橋僅能用到32mm，超過(guò)此厚度冶金質(zhì)量難以保證　　80年代末，由于九江長(zhǎng)江大橋建設(shè)需要，九江橋采用了ReL≥420MPa的15MnVNq但由于采用加釩提高強(qiáng)度的方法，導(dǎo)致鋼板低溫韌性及焊接性能差，給橋梁制造帶來(lái)困難這使得九江橋制造后，該鋼種一直未能得到推廣應(yīng)用橋梁鋼已成為制約鐵路橋梁發(fā)展的一個(gè)突出矛盾　　90年代初，鐵路橋梁建設(shè)面臨蕪湖長(zhǎng)江的建設(shè)，主跨達(dá)312m橋梁鋼問(wèn)題顯得愈加突出為此大橋局和武鋼聯(lián)合共同開(kāi)發(fā)了大跨度鐵路橋梁用鋼14MnNbq該鋼采用降碳加鈮和超純凈的冶金方法，并通過(guò)鈮的微合金化作用進(jìn)行控制軋制，保證了屈服強(qiáng)度ReL≥370MPa的基礎(chǔ)上，具有優(yōu)異的-40℃低溫沖擊韌性（蕪湖橋標(biāo)準(zhǔn)要求-40℃Akv≥120J）。

同時(shí)焊接性能也大大提高，解決了板厚效應(yīng)問(wèn)題，可大批量供應(yīng)32-50mm厚鋼板在蕪湖橋4.6萬(wàn)t供貨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：所供10mm-50mm鋼板沖擊韌性平均實(shí)物質(zhì)量達(dá)到-40℃Akv為223J的優(yōu)異水平蕪湖橋建設(shè)后，14MnNbq鋼全面滿足了鐵路橋梁建設(shè)的需要　　進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)橋梁建設(shè)又有了新的飛躍橋梁的跨徑繼續(xù)擴(kuò)大，列車通過(guò)時(shí)速不斷提高尤其是京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋的建設(shè)，繼續(xù)使用傳統(tǒng)的14MnNbq鋼已經(jīng)滿足不了其設(shè)計(jì)和施工要求京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋全長(zhǎng)9.27km，為六線鐵路橋梁，設(shè)計(jì)行車速度300km/h　　為此，鐵道部和武鋼聯(lián)合開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)第五代鐵路橋梁用鋼WNQ570該鋼采用國(guó)際HPS設(shè)計(jì)理念，以超低碳貝氏體（ULCB）為設(shè)計(jì)主線，采用TMCP工藝組織生產(chǎn)，充分利用組織細(xì)化、組織均勻等關(guān)鍵技術(shù)，使開(kāi)發(fā)鋼種具有高強(qiáng)度（Rm≥570MPa）、高韌性（-40℃Akv≥120J），較低的屈強(qiáng)比和優(yōu)異的焊接性（Pcm≤0.20），其實(shí)物性能水平達(dá)到了國(guó)際同類鋼種的先進(jìn)水平　　我國(guó)鐵路橋梁的標(biāo)志性工程及用鋼情況見(jiàn)表1?　　2.1.2 發(fā)展特點(diǎn)　　1）成分設(shè)計(jì)方面　　鋼的碳含量逐步降低，鋼的微合金化由最初的V微合金化轉(zhuǎn)變?yōu)镹b微合金化，并且Nb的含量逐步提高，Nb所發(fā)揮的作用也多樣化。

　　九江長(zhǎng)江大橋中的15MnVNq鋼和蕪湖長(zhǎng)江大橋中的14MnNbq鋼碳含量一般在0.14%-0.16%，而在建的南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋中Q420qE（WNQ570）鋼的碳含量劇氐可達(dá)0.02%較低的碳含量，可以較少連鑄坯中心偏析，更為重要的是可以明顯提高焊接性當(dāng)碳含量極低時(shí)，在γ→α的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，由于Nb（CN）的析出，鐵素體中碳的溶解度極限不容易被超過(guò)，從而在顯微組織中形成ε碳化物或Fe3C的可能性極小高碳M-A-C組元的出現(xiàn)幾率也很小，即較少發(fā)生C原子的不均勻分配，保證了鋼組織的均勻各微區(qū)之間電極電位更趨于一致，提高鋼的耐候性能并且降低碳含量的同時(shí)允許在鋼中添加較高的鈮含量，含鈮較高的鋼種，奧氏體就可以在更高的軋制溫度進(jìn)行加工這樣可以通過(guò)延遲奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，提高針狀組織的體積分?jǐn)?shù)和NbC析出而獲得附加的強(qiáng)化效果　　2）生產(chǎn)工藝方面　　鋼板的生產(chǎn)工藝由最初的正火、控軋發(fā)展到TMCP1995年建成的九江長(zhǎng)江大橋中15MnVNq鋼采用正火工藝生產(chǎn)，2000年建成的蕪湖長(zhǎng)江大橋中14MnNbq鋼也采用正火工藝生產(chǎn)，其中薄規(guī)格鋼板采用控軋生產(chǎn)，不用進(jìn)行熱處理鋼板采用正火處理，可以改善組織均勻性，提高鋼板的低溫沖擊穩(wěn)定性。

但是對(duì)于厚鋼板進(jìn)行常化爐處理時(shí)，需要在鋼板下面鋪鋼板襯墊，以防止鋼板下表面被爐輥劃傷，因此采用正火工藝時(shí)，對(duì)于厚鋼板的現(xiàn)場(chǎng)操作比較復(fù)雜　　而在建的南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋中，Q420qE（WNQ570）鋼采用TMCP工藝生產(chǎn)，鋼板軋后直接交貨，革新了同類強(qiáng)度鋼必須采用調(diào)質(zhì)生產(chǎn)的不足同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，有效提高了鋼板表面質(zhì)量　　3）鋼板性能方面　　鋼板的強(qiáng)度級(jí)別不斷提高由345MPa提高到370MPa，直至420MPa1969年建成的南京長(zhǎng)江大橋中使用的16Mnq的屈服強(qiáng)度要求≥350MPa，1995年建成的九江長(zhǎng)江大橋中使用的15MnVNq鋼屈服強(qiáng)度要求大于等于420MPa，但是由于較高的強(qiáng)度影響了鋼板的焊接性能2000年建成的蕪湖長(zhǎng)江大橋中14MnNbq鋼的屈服強(qiáng)度要求大于370MPa隨著鐵路橋梁荷載的提高，鋼板的強(qiáng)度級(jí)別必須提高　　鋼板的低溫沖擊韌性逐步提高早期的低溫沖擊試樣一般采用U型缺口，韌性指標(biāo)偏低在九江長(zhǎng)江大橋使用的15MnVNq鋼即采用U型缺口的沖擊試樣，對(duì)低溫韌性的要求為-40℃Akv≥50J，而蕪湖長(zhǎng)江大橋中使用的14MnNbq鋼低溫沖擊試樣采用V型破口，要求-40℃Akv≥120J。

蕪湖長(zhǎng)江大橋中對(duì)鋼板的低溫韌性要求如此嚴(yán)格，是因?yàn)榇饲皣?guó)產(chǎn)橋梁用鋼存在低溫沖擊韌性不穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)焊后鋼板HAZ低溫韌性會(huì)降低，為保證焊接接頭韌性余量所致低溫沖擊韌性的這一嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)在鐵路橋梁中一直沿用至今　　鋼板屈強(qiáng)比的要求逐步明確鋼板的屈強(qiáng)比是鐵路橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)傳統(tǒng)的鐵路橋梁鋼一般為鐵素體+珠光體組織這類鋼一般具有較低的屈強(qiáng)比，主要集中在0.65-0.80區(qū)間，基本滿足鐵路橋梁設(shè)計(jì)部門對(duì)屈強(qiáng)比的要求而隨著TMCP工藝的逐步應(yīng)用，鋼板的組織以貝氏體為主這類鋼由于大量采用了晶粒細(xì)化技術(shù)，一般都具有較高的屈強(qiáng)比，一般在0.90以上，較高的屈強(qiáng)比給工程安全帶來(lái)一定的隱患因此在南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋用Q420qE（WNQ570）鋼的技術(shù)條件中，對(duì)于這一以TMCP工藝生產(chǎn)的貝氏體鋼，明確提出了屈強(qiáng)比必須小于等于0.88這一規(guī)定，突破了傳統(tǒng)的以TMCP工藝生產(chǎn)的貝氏體鋼屈強(qiáng)比在0.93以內(nèi)才算合理的限制　　鋼板的焊接性要求逐步增加在2000年建成的蕪湖長(zhǎng)江大橋中，要求14MnNbq鋼焊接接頭三區(qū)沖擊韌性為-30℃Akv≥48J，而在建的南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大轎中要求Q420qE（WNQ570）鋼焊接接頭三區(qū)沖擊韌性為-40℃Akv≥48J。

　　鋼板的最大使用厚度逐漸增加蕪湖長(zhǎng)江大橋中使用的14MnNbq鋼，最大使用板厚為50mm在天興洲長(zhǎng)江大橋和南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋中，最大使用板厚達(dá)到68mm或80mm　　4）鋼板組織方面　　由最初的鐵素體+珠光體組織發(fā)展到超低碳貝氏體組織或超低碳針狀鐵素體組織15MnVNq鋼和14MnNbq鋼均為鐵素體+珠光體組織，而南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋用Q420qE（WNQ570）鋼則為超低碳貝氏體組織　　2.2公路橋梁鋼發(fā)展　　在鐵路橋梁用鋼不斷發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)/武鋼公路橋梁鋼也在不斷發(fā)展中，品種結(jié)構(gòu)非常豐富公路橋梁由于其受力特點(diǎn)與載荷和鐵路橋梁有諸多不同，因此，公路橋梁用鋼的強(qiáng)度等級(jí)并不是很高，鋼板抗拉強(qiáng)度一般在500MPa左右，板厚一般也在50mm以下這部分鋼板一般采用控軋交貨有的橋梁工程，為了保證焊接性而明確指出不得采用熱處理工藝，如南京長(zhǎng)江二橋中使用的武鋼生產(chǎn)的WQ490E鋼，因此對(duì)成分和工藝的控制比較嚴(yán)格　　武鋼研制生產(chǎn)的公路橋梁用鋼有WQ490、WQ510、WQ530，其中數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度等級(jí)，各強(qiáng)度級(jí)別按質(zhì)量等級(jí)又可分為D級(jí)鋼和E級(jí)鋼　　2.3 跨海大橋用鋼發(fā)展　　自從我國(guó)第一座跨海大橋——東海大橋建成通車以來(lái)，我國(guó)的跨海大橋發(fā)展迅速。

正在建設(shè)的有舟山連島工程即將建設(shè)的有廈漳跨海大橋、臺(tái)灣海峽通道西段工程一平潭跨海大橋、港珠澳跨海大橋等　　跨海大橋用鋼主要集中于管樁鋼、通航主橋的橋梁鋼、橋面護(hù)欄以及帶勒鋼筋，其中管樁鋼、通航主橋的橋梁鋼占鋼材總量的60%，僅管樁鋼就占其鋼材總量的50%左右管樁鋼的材質(zhì)主要為Q345C，規(guī)格范圍為16mm-25mm，大部門為熱軋卷板；通航主橋的橋梁鋼的材質(zhì)主要集中于Q345D級(jí)別，規(guī)格為10mm-50man，主要為軋板產(chǎn)品；護(hù)欄用鋼的材質(zhì)為Q345D/Q390D，規(guī)格為4mm-25mm上述三個(gè)產(chǎn)品種對(duì)鋼材的耐蝕性都有較高的要求杭州灣跨海大橋甚至第一次明確提出了使用壽命100年以上的要求，港珠澳跨海大橋則提出了使用壽命為120年以上的要求，因此橋梁用鋼的耐蝕性能成為設(shè)計(jì)者選材的重要考慮部分　　杭州灣大橋總投資107億元，是新世紀(jì)中國(guó)投資和規(guī)模最大的橋梁工程其中，使用武鋼的橋梁管樁用鋼37萬(wàn)多t，使用武鋼的橋梁鋼箱梁鋼2萬(wàn)余t鋼，護(hù)欄用鋼約4萬(wàn)t杭州灣跨海大橋的建成通車，標(biāo)志著武鋼系統(tǒng)掌握了跨海大橋用系列鋼集成制造技術(shù)　　3 中國(guó)橋梁用鋼展望　　隨著大型鋼結(jié)構(gòu)橋梁向全焊接結(jié)構(gòu)和高參數(shù)方向發(fā)展，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性要求越來(lái)越嚴(yán)格。

這不僅對(duì)設(shè)計(jì)者提出了更高的要求，而且對(duì)鋼板質(zhì)量提出了更高的水準(zhǔn)，即不僅具有高強(qiáng)度以滿足結(jié)構(gòu)輕量化要求，而且還應(yīng)具有優(yōu)良的低溫韌性、焊接性和耐蝕性等，以滿足鋼結(jié)構(gòu)的安全可靠、長(zhǎng)壽等要求　　傳統(tǒng)的高強(qiáng)度橋梁鋼不僅沖擊韌性、焊接性、疲勞性較差，而且不能耐大氣、海水腐蝕因此，國(guó)內(nèi)外材料工作者提出了高性能鋼（High Performance Steel，HPS）的概念高性能鋼材主要是指材料的某項(xiàng)或幾項(xiàng)性能較傳統(tǒng)鋼材得到改善的鋼材，除了具備較高強(qiáng)度外，鋼材的焊接性能、低溫韌性，尤其是耐腐蝕性能有較大幅度提高　　近年來(lái)，應(yīng)用在橋梁上的高性能鋼已成為國(guó)際鋼鐵材料研究的熱點(diǎn)，如美國(guó)ASTM709中的HPS-70W鋼、HPS-100W鋼和日本的SMA570W系列鋼等　　從我國(guó)橋梁用鋼多年來(lái)的發(fā)展歷程看，鋼板的成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、實(shí)物性能等都發(fā)生了較大的變化尤其是武鋼研制成功鈮微合金化的14MnNbq鋼以來(lái)，我國(guó)含鈮橋梁用鋼的發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步含鈮鋼以其煉鋼工藝簡(jiǎn)單，便于控扎，鋼板塑性、焊接性等明顯優(yōu)于含釩鋼而在橋梁行業(yè)中得到廣泛認(rèn)可　　我國(guó)將新建更多橋梁工程，同時(shí)橋梁工程向海洋環(huán)境及高寒地域發(fā)展，勢(shì)必對(duì)橋梁提出更高的低溫抗斷和長(zhǎng)壽命防腐蝕要求。