我國橋梁用鋼的發(fā)展歷程（上篇）

我國鋼橋是在中華人民共和國建國后，在國外對我們實施經(jīng)濟、技術(shù)封鎖的情況下，自力更生成長起來的。中國早在1889年就開始了鐵路鋼橋的建設(shè)，到現(xiàn)在已經(jīng)有100多年的歷史了，但在1949年前所建的鐵路鋼橋，標準雜亂，跨度都很小，建橋的鋼材是進口的，結(jié)構(gòu)是鉚接的，采用的建造技術(shù)落后，工藝簡陋，質(zhì)量低劣；稍大一點的橋梁如鄭州黃河老橋和濟南濼口黃河橋等都是由外國商人承建，自行設(shè)計建造的很少。自行設(shè)計建造有代表性的大橋只有1937年建成的浙贛鐵路錢塘江公鐵路大橋（主跨65.84m，全長1453m），是我國自行設(shè)計、建造的第一座雙層鐵路、公路兩用橋。自行設(shè)計建造有代表性的大橋只有1937年建成的浙贛鐵路錢塘江公鐵路大橋（主跨65.84m，全長1453m），是我國自行設(shè)計、建造的第一座雙層鐵路、公路兩用橋。但是錢塘江橋正橋主桁鋼材是由英國Dorman Long公司1935年出品，主要化學(xué)成份為C0.3%，Mn0.7~1.0%，Si<0.2%，Cr0.7~1.1%，Cu0.25~0.5%。鋼材抗拉屈服極限362.2MPa。

分割線第一代第一代橋梁鋼只有A3q和16q兩個鋼號，屈服強度≥240MPa，抗拉強度≥380MPa。1957年，借助前蘇聯(lián)專家的技術(shù)和材料，中國建造完成了武漢長江公鐵兩用大橋。橋梁全長1155.5m，主跨128m，首次在長江上實現(xiàn)了“一橋飛架南北，天塹變通途”。這是在長江上建造的第一座大橋，是我國橋梁史上第一個里程碑。該橋所用鋼材為蘇聯(lián)生產(chǎn)的A3鋼（即Q235）第二代20世紀60年代，為了連通京滬鐵路，決定修建南京長江大橋以取代南京輪渡。為解決無低合金結(jié)構(gòu)鋼料的困難，1962年研制成功了低合金鋼16Mnq鋼，屈服強度≥345MPa，抗拉強度≥520MPa，最大板厚為32mm，這是國內(nèi)第二代橋梁鋼，即目前被廣泛采用的Q345q鋼。南京橋除少部分仍用原蘇聯(lián)已進口的低合金鋼外，其余全部用國產(chǎn)鋼材代替了原定進口的鋼材，當(dāng)時這些鋼的研制成功，十分鼓舞人心，被稱之為“爭氣鋼”

我國橋梁用鋼的發(fā)展歷程（下篇）

第三代

為了修建九江長江大橋研究開發(fā)了15MnVNq鋼，屈服強度≥420MPa，抗拉強度≥540MPa，這是國內(nèi)第三代橋梁鋼。20世紀70年代初，九江長江公鐵路橋決定采用國產(chǎn)高強度鋼建造一座高強、輕型、整體的栓焊接構(gòu)方案。但采用這一方案面臨的困難很多，當(dāng)時沒有制造大跨度焊接鋼梁的材料。原來造橋采用的16錳橋鋼，在材質(zhì)和規(guī)格上已不符合制造大跨度焊接鋼橋的需要。因這種鋼材的板厚效應(yīng)很大，鋼材的強度、韌性隨板厚的增加下降很快，用原來的16錳橋鋼建橋，鐵路單線桁梁橋最大跨度只可能達到112m。為此，鐵道部和原冶金部決定研究開發(fā)15錳釩氮橋梁鋼（15MnVNq），其屈服點比16錳橋梁鋼高，σs＝420MPa。由于當(dāng)時鋼鐵冶煉及軋制設(shè)備落后，合金元素不全，前后經(jīng)歷了20多年研究。通過大量的焊接及力學(xué)性能試驗和在北京密云建造白河試驗橋的工程實踐，優(yōu)化生產(chǎn)出了15錳釩氮C級正火橋梁鋼。這種鋼的板厚效應(yīng)小，板厚56mm，焊接性及力學(xué)性均較好。經(jīng)科研、設(shè)計、制造人員的艱苦努力，1993年用這種鋼建成了九江長江公鐵路大橋。該橋正橋鋼梁全長1806m，主跨是216m的剛性梁柔性拱，結(jié)構(gòu)雄偉壯觀，橋形秀麗。

第四代

20世紀末，為了修建蕪湖長江大橋，在16Mnq鋼基礎(chǔ)上降碳加鈮微合金化，研究開發(fā)了14MnNbq鋼，屈服強度≥370MPa，抗拉強度≥530MPa，這是國內(nèi)第四代橋梁鋼，即目前被廣泛采用的Q370q鋼。20世紀90年代初，鐵路橋梁建設(shè)面臨蕪湖長江的建設(shè)，主跨達312米。橋梁鋼問題顯得愈加突出。

為此大橋局和武鋼聯(lián)合共同開發(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，并通過鈮的微合金化作用進行控制軋制，保證了屈服強度σs≥340MPa的基礎(chǔ)上，具有優(yōu)異的-4022低溫沖擊韌性（蕪湖橋標準要求-40℃，Akv≥120J）。同時焊接性能也大大提高，解決了板厚效應(yīng)問題，可大批量供應(yīng)32-50mm厚鋼板。蕪湖橋建設(shè)后，14MnNbq鋼材全面滿足了鐵路橋梁建設(shè)的需要。如2009年建成的世界上最大的公鐵兩用橋--武漢天興洲長江大橋，它采用的鋼材就是高韌性、抗層裂14MnNbq（Q345）

第五代

為了建造重慶朝天門長江大橋和京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長江大橋，針對部分受力大的構(gòu)件開發(fā)了Q420q鋼板，這是國內(nèi)第五代橋梁鋼。進入新世紀以來，我國橋梁建設(shè)又有了新的飛躍。橋梁的跨徑繼續(xù)擴大，列車通過時速不斷提高。尤其是京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長江大橋的建設(shè)，繼續(xù)使用傳統(tǒng)的14MnNbq鋼已經(jīng)滿足不了其設(shè)計和施工要求。為此，鐵道部和武鋼聯(lián)合開發(fā)了國內(nèi)第五代鐵路橋梁用鋼WNQ570。該鋼采用國際上最新的HPS設(shè)計理念，以超低碳貝氏體（ULCB）為設(shè)計主線，采用TMCP工藝組織生產(chǎn)，充分利用組織細化、組織均勻等關(guān)鍵技術(shù)，使開發(fā)鋼種具有高強度，（σs≥570MPa）、高韌性（-40℃，Akv≥120 J），較低的屈強比和優(yōu)異的焊接性（Pcm≤0.20），其實物性能水平達到了國際同類鋼種的先進水平。

總結(jié)

隨著國內(nèi)鐵路建設(shè)向高速、重載方向發(fā)展，鐵路鋼橋向高速、重載、大跨度、結(jié)構(gòu)美觀新穎、全焊方向發(fā)展，對橋梁用鋼的性能提出更高要求。目前國內(nèi)鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展和橋梁鋼的應(yīng)用量日益增加，迫切需要加快高性能橋梁鋼的推廣應(yīng)用，以滿足現(xiàn)代鋼橋制造的需要，橋梁鋼也將得到進一步的發(fā)展。