作者：徐向軍，胡廣瑞，王青峰，劉洪武

DOI: 10.13206/j.gjgS24101525

我國(guó)作為世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，橋梁鋼在橋梁工程中發(fā)揮著重要作用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進(jìn)，橋梁鋼的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。橋梁鋼不僅需要具備高強(qiáng)度和良好的韌性，還要具有優(yōu)良的焊接性能和耐腐蝕性，以滿(mǎn)足橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性要求。近年來(lái)，我國(guó)橋梁鋼在研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用方面取得了顯著進(jìn)展。

本文總結(jié)了近三十年我國(guó)鋼橋建設(shè)和橋梁用結(jié)構(gòu)鋼及橋梁鋼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，強(qiáng)度級(jí)別從Q345q、Q370q級(jí)發(fā)展為Q420q、Q500q、Q690q級(jí)，耐候橋梁鋼、耐海洋大氣環(huán)境腐蝕鋼板、復(fù)合鋼板、高性能橋梁鋼研發(fā)成功并被工程應(yīng)用。列舉了在實(shí)橋應(yīng)用中橋梁用鋼常見(jiàn)問(wèn)題，如鋼板力學(xué)性能均勻性、鋼板外形質(zhì)量、焊接性、設(shè)計(jì)選材應(yīng)注意鋼板的焊接性等，有助于推動(dòng)我國(guó)橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的高質(zhì)量發(fā)展。

我國(guó)橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展歷程豐富多樣，從解放前的普碳鋼，到如今的高性能橋梁鋼，經(jīng)歷了多個(gè)階段的演變。

第一代橋梁鋼為普3號(hào)碳素鋼，強(qiáng)度較低，但為我國(guó)橋梁建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。第二代橋梁鋼16Mnq的出現(xiàn)，提高了屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，成功應(yīng)用于南京長(zhǎng)江大橋。第三代橋梁鋼15MnVNq進(jìn)一步提升了強(qiáng)度，用于九江長(zhǎng)江大橋。第四代橋梁鋼14MnNbq在降低碳含量的同時(shí)加入鈮元素微合金化，改善了厚板的焊接性能，應(yīng)用于蕪湖長(zhǎng)江大橋等工程。第五代和第六代橋梁鋼Q420q和Q500q則通過(guò)熱機(jī)械軋制工藝，在提高強(qiáng)度的同時(shí)保證了焊接性能，分別應(yīng)用于重慶朝天門(mén)長(zhǎng)江大橋、南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋及滬蘇通長(zhǎng)江大橋等重大工程。十三五期間，我國(guó)還研發(fā)了Q690q鋼，用于武漢江漢七橋和澳門(mén)澳氹四橋。

1. 高性能橋梁鋼

綜觀世界上橋梁用鋼的歷史，其發(fā)展呈現(xiàn)出“低碳鋼→低合金鋼→高強(qiáng)度鋼（High Strength Steel, HSS）→高性能鋼（High Performance Steel, HPS）”的發(fā)展軌跡。超低碳貝氏體鋼作為新一代鋼鐵材料，具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良的焊接性和耐腐蝕性能。為了進(jìn)一步改善鋼板焊接性能，2015年通過(guò)降碳、微合金化成分設(shè)計(jì)和熱機(jī)械軋制工藝，開(kāi)發(fā)了高性能橋梁用鋼Q345q/Q370q-HPS，首次應(yīng)用于中俄同江大橋。

目前隨著我國(guó)鋼鐵冶煉和軋鋼技術(shù)水平和裝備能力的提升，采用低碳、微合金成分，TMCP或TMCP+回火工藝軋制開(kāi)發(fā)了新型高性能橋梁鋼，陸續(xù)在滬蘇通長(zhǎng)江大橋、平潭海峽大橋、常泰長(zhǎng)江大橋、CZ鐵路大渡河特大橋等項(xiàng)目廣泛應(yīng)用，其在改善鋼板焊接性方面表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)并在滬蘇通長(zhǎng)江大橋、平潭海峽大橋等多個(gè)項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用，顯著改善了鋼板的焊接性能。

△ 大渡河特大橋

2. 耐海洋大氣環(huán)境腐蝕鋼板

針對(duì)沿海地區(qū)高氯化物腐蝕環(huán)境，我國(guó)開(kāi)發(fā)了耐海洋大氣環(huán)境腐蝕高鎳橋梁結(jié)構(gòu)鋼板。強(qiáng)度等級(jí)分為Q345q、Q370q和Q420q三個(gè)級(jí)別，耐腐蝕等級(jí)分為Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)級(jí)別。該鋼板在中馬友誼大橋、福廈鐵路安海灣特大橋等工程中得到應(yīng)用，有效提高了橋梁的耐腐蝕性。

3. 橋梁用復(fù)合鋼板

不銹鋼復(fù)合鋼板在橋梁工程中的應(yīng)用逐漸增多。這種復(fù)合鋼板以碳素鋼或低合金鋼為基層，不銹鋼為復(fù)層，兼具良好的力學(xué)、工藝性能和耐腐蝕性能。自2009年首次在合肥南淝河大橋應(yīng)用以來(lái)，已在60多座鐵路大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋的橋面中采用，成為鐵路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的主流橋面結(jié)構(gòu)型式。

其中，濰萊鐵路跨青榮城特大橋采用321+Q370qENH耐候鋼復(fù)合鋼板，基層采用耐候橋梁鋼來(lái)滿(mǎn)足材料的強(qiáng)度、韌性和耐候性要求，復(fù)層由奧氏體不銹鋼來(lái)滿(mǎn)足其耐腐蝕性要求，使其兼具耐候性與耐蝕性的特點(diǎn)，CZ鐵路大渡河特大橋部分采用Q420級(jí)耐候鋼與S31603不銹鋼的復(fù)合鋼板，耐候鋼復(fù)合鋼板在鐵路鋼橋中的應(yīng)用也逐漸增多，強(qiáng)度級(jí)別也逐步提高到Q420、Q500級(jí)。

本文列舉了橋梁用結(jié)構(gòu)鋼在工程應(yīng)用中的一些常見(jiàn)問(wèn)題，如鋼板力學(xué)性能均勻性、板型和外觀質(zhì)量、焊接性、鋼材標(biāo)準(zhǔn)選用等。這些問(wèn)題的提出有助于推動(dòng)我國(guó)橋梁用結(jié)構(gòu)鋼的高質(zhì)量發(fā)展，為后續(xù)的研究和應(yīng)用提供了方向。

△ 角焊縫熱影響區(qū)偏析造成焊接缺陷

近三十年，我國(guó)鋼橋建設(shè)和橋梁用結(jié)構(gòu)鋼取得了穩(wěn)定發(fā)展，橋梁用結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，保證了鋼橋全壽命期的結(jié)構(gòu)安全。

近十幾年來(lái)，我國(guó)橋梁用鋼取得了快速發(fā)展，鋼板強(qiáng)度級(jí)別從Q345q、Q370q級(jí)發(fā)展為Q420q、Q500q、Q690q級(jí)，耐候橋梁鋼、耐海洋大氣環(huán)境腐蝕鋼板、復(fù)合鋼板、高性能橋梁鋼等研發(fā)成功并被工程應(yīng)用，橋梁鋼軋制工藝從熱軋、正火發(fā)展到熱機(jī)械軋制，提高了鋼板的綜合性能，開(kāi)發(fā)了易焊接的橋梁鋼。

然而在橋梁鋼結(jié)構(gòu)制造中，應(yīng)注意橋梁用鋼質(zhì)量問(wèn)題，保證使用性能，從而推動(dòng)我國(guó)鋼橋建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。