建筑钢材-耐候钢

耐候钢概述C目录ONTENTS1耐候钢的概念2耐候钢发展史3耐候钢的应用1耐候钢的概念定义：耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，耐候钢由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成。原理：耐候钢原理钢中加入磷、铜、铬、镍等微量元素后，使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度。在锈层和基体之间形成的约50μm～100μm厚的非晶态尖晶石型氧化物层致密且与基体金属黏附性好，由于这层致密氧化物膜的存在，阻止了大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力。耐候钢是可减薄使用、裸露使用或简化涂装，而使制品抗蚀延寿、省工降耗、升级换代的钢系，也是一个可融入现代冶金新机制、新技术、新工艺而使其持续发展和创新的钢系。特性：

具有优质钢的强韧、塑延、成型、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性；耐候性为普碳钢的2~8倍，涂装性为普碳钢的1.5~10倍。同时，它具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点。与不锈钢相比，耐候钢只有微量的合金元素总量仅占百分之几，而不像不锈钢那样，达到百分之十几，因此价格较为低廉。为什么研究耐候钢？金属腐蚀现象遍及国民经济和国防建设各个领域，危害十分严重。椐统计，材料因大气腐蚀所造成的经济损失约占总腐蚀损失的50％，给国民经济造成重大损失。据工业发达国家统计，每年由于钢结构腐蚀造成的经济损失，占国民经济生产总值的2%~4%；目前，全世界因钢结构腐蚀造成的经济损失达数万亿美元。为了解决钢材在大气中的腐蚀问题，开展了耐候钢的研究。另外，耐候钢在使用过程中可以省掉对环境造成污染的酸洗、镀锌工序，减少使用过程中对环境造成的危害,实现绿色生产。2耐候钢发展史表1耐候钢的发展历程1900美国开始了含铜钢———早期耐候钢的研究和开发1933美国U.S.Steel公司推出Coxten2A型低合金耐候钢1955日本开发耐候钢1959美国开始使用裸耐候钢1961中国开始试制16MnCu钢1965中国试制出09CuPTi薄钢板日本建成第一座耐候钢大桥(涂漆)1967中国首次用于试验车辆日本建成第一座裸耐候钢桥(知多2号桥)1968日本制定JIS63114“焊接构造用耐候性热轧钢材”,即SMA钢材标准化1969德国开始使用裸耐候钢1969德国开始使用裸耐候钢1972英国开始使用裸耐候钢1980日本建成第三大川桥(最初用于桥梁的桁架)1983日本制定出将Smaoop作为涂装用耐候钢Smaoow作为不涂装用耐候钢的its标准用于志染川桥(11型钢架)1984中国制定高耐候性结构钢国家标准1988中国初步试制出NH235q桥用耐候钢1990中国建成国内第一座裸耐候钢桥1999中国试制出JT系列塔桅高耐候性结构钢3耐候钢的应用用途：耐候钢有三种使用方法：裸露使用、涂装使用、锈层稳定化处理后使用。主要用于铁道、车辆、桥梁、塔架、光伏、高速工程等长期暴露在大气中使用的钢结构。用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。耐候钢可以轧成热或冷板卷、型材、线材甚至管材，根据使用情况，耐候钢可分为结构用耐候钢和焊接结构用耐候钢。前者主要用于非焊接或焊接要求不高的结构件中，具有优良的耐大气腐蚀性能。焊接结构用耐候钢，主要用于大型焊接结构中。耐候钢的应用领域具体有：各种车辆铁路设施、铁路公路钢桥集装箱（矿山）机械设备换热器煤、泥、灰等输送管线脱硫设备通讯、电力铁塔总结耐候钢的概念；耐候钢发展史；耐候钢的应用。耐候钢在桥梁中的应用C目录ONTENTS1钢在桥梁中的应用2国外耐候钢桥发展耐候钢在桥梁中的应用3国内耐候钢桥发展1钢在桥梁中的应用1.1桥梁材料发展历史概述桥梁，作为一种越来越重要的交通设施，从原始时期开始逐步发展，从自然倒下来的树木，自然形成的石梁或石拱，到后来的人造木桥、石桥一直到近代的钢筋混凝土桥跟钢结构桥，技术不断发展进步，跨度越来越大，材料也日趋先进。特别是钢桥，虽然仅有两百多年的发展历史，但由于自身的特性，在现代桥梁建设中得到了众多设计师的青睐，因而有许多著名的钢桥出现。1.2国外钢桥发展概述1779年英国建筑师与炼铁专家达比建成世界第一座铁铸拱桥。1840年惠普尔用铸铁和锻铁建成全铁桁梁。自1850年之后，工程界逐步掌握了静定钢桁架梁的内力分析方法。1867年，H.格贝尔哈斯富特建成了一座静定悬臂桁架桥。1890年英国便建成了跨度521.2米的福斯湾铁路桥，它是公认的铁路桥梁史上的里程碑之一，这是一座弦杆用管形杆件的双臂梁铁路桥。19世纪60年代，炼钢技术的逐步发展，美国于1874年建成世界上第一座公路铁路两用的路易斯钢拱桥。1883年交付使用的纽约布鲁克林大桥，连接着布鲁克林区和曼哈顿岛，是当时世界上最初的悬索桥，也是世界上首次以钢材建造的大桥，落成时被认为是继世界古代七大奇迹之后的第八大奇迹，被誉为工业革命时代全世界7个划时代的建筑工程奇迹之一，至今仍被使用，它的抗风性能好，为悬索桥向更大跨度的发展开创了先例。

旧金山金门大桥，1937年5月建成通车。金门大桥横跨南北，将旧金山市与Marin县连结起来。花费四年多时间修建的这座桥是世界上最漂亮的结构之一。它不是世界上最长的悬索桥，但它却是最著名的。金门大桥的巨大桥塔高227米，每根钢索重6412公吨，由27000根钢丝绞成。1998年4月5日，世界上目前最长的吊桥——日本明石海峡大桥正式通车。大桥坐落在日本神户市与淡路岛之间，全长3911米，主桥墩跨度1991米，直径1.12米，由290根细钢缆组成，重约5万吨。明石海峡大桥首次采用180MP级超高强钢丝，使主缆直径缩小并简化了连接构造，首创悬索桥主缆，这也是世界上第一座顶推法施工的跨谷斜拉桥。1.3中国的钢桥发展历史唐朝中期，我国已发展到用铁链建造吊桥，我国保留至今的有跨长约100m的四川泸定县大渡河铁索桥（1706年）。1934-1937年，39岁的茅以升先生带领中国工程师设计并监造了钱塘江大桥（主跨65.84m,全长1453m），开创了我国自行建造钢桥的历史。1956年，苏联专家与中国技术人员合作，在沈阳桥梁厂试焊成功第一孔24米焊接板梁，此后，第一批320孔24m焊接板梁桥，架设在石太线和湛江附近支线上，这是我国第一次制造焊接桥。1957年，借助前苏联专家的技术和材料，中国建造完成了武汉长江公铁两用大桥。桥梁全长1555.5米，主跨128米，该桥的建设培养了中国第一批钢桥设计、施工、制作、研究的科学技术人员，为中国钢桥事业的发展奠定了基础。同时，武汉长江公铁两用大桥也是长江上第一座公铁两用桥。

1968年，中国人靠自己的技术、材料，自行设计建造了正桥长1576m，铁路桥全长6772m，公路桥全长4588m的南京长江大桥，主跨160m首次使用国产的16Mnq钢，是长江上第一座由中国自行设计和建造的双层式铁路、公路两用桥梁。长江大桥是南京的标志性建筑、江苏的文化符号，也是中国的著名景点之一，以“天堑飞虹”列为新金陵四十八景之一。1960年以“世界最长的公铁两用桥”被载入《吉尼斯世界纪录大全》。2014年7月，南京长江大桥入选不可移动文物。2008年6月30日建成通车的苏通大桥工程规模浩大：其主跨跨径达到1088米，是世界位居第二大跨径的斜拉桥，其主跨1104米，主塔高度达到300.4米，为世界第二高的桥塔；

世界大跨径悬索桥排名序号桥名主跨(米)主梁结构形式所在国家建成年限1日本明石海峡大桥1991简支钢桁日本19982中国武汉杨泗港长江大桥1700连续钢箱中国20193中国舟山西堠门大桥1650钢箱梁中国20094丹麦大伯尔特桥1624钢箱丹麦19965中国润扬长江公路大桥1490简支钢箱中国20056英国亨伯尔桥1410连续钢箱英国19817中国江阴长江公路大桥1385简支钢桁中国19998中国香港青马大桥1377简支钢桁中国19979美国维拉扎诺大桥1298钢箱美国196410金门大桥1280简支钢桥美国1937世界大跨径斜拉桥排名序号桥名主跨(米)结构形式所在国家建成年限1俄罗斯岛大桥1104主钢边砼混合梁，双塔双索面俄罗斯20122沪通长江大桥1092主钢边砼混合梁，双塔双索面中国20203苏通长江公路大桥1088钢箱箱，双塔双索面中国20084昂船洲大桥1018钢箱箱，双塔双索面中国20095鄂东长江大桥926主钢边砼混合梁，双塔双索面中国20106多多罗大桥890钢砼结合梁，双塔双索面日本19997诺曼底大桥856钢砼结合梁，双塔双索面法国19958九江长江公路大桥818钢砼结合梁，双塔双索面中国20139荆岳长江大桥816钢箱箱，双塔双索面中国201010芜湖长江公路二桥806钢主梁，四塔双索面中国20172国外耐候钢桥发展

桥梁钢经过多年发展，已经成为一种普遍应用的钢材。随着社会的进步和技术的发展，人们对桥梁钢也提出了更多和更高的要求，即由原来单一追求高强度转变为优良的综合性能，主要表现在高强韧性、良好的焊接性和耐蚀性等方面。耐候桥梁钢应运而生，其具有良好的耐蚀性，可以进行免涂装使用，大大降低了桥梁的维护成本。解决钢桥的耐蚀问题，最根本的措施是提高钢材本身的耐腐蚀性能。无论从耐腐蚀性能、综合性能还是价格比等方面比较，耐候桥梁钢都是建造桥梁的最理想材料。普通耐候钢在非沿海地区不涂装防腐蚀涂料就可以使用，而在沿海高腐蚀性的气候条件下，则需要开发具有高耐腐蚀性的钢板，才能建造免涂装条件下的桥梁。随着桥梁设计理念的转变和对桥梁制造周期等方面的要求日益提高，传统的结构钢板已不能完全满足桥梁设计和施工要求，开发具有更高强度、断裂韧性、焊接性、耐蚀性和加工性的高性能桥梁用钢十分必要。在美国、日本及韩国等国家，高性能桥梁用钢已成为桥梁钢发展的一个新方向。

美国是最早进行耐候钢研究的国家，始于1900年，1964年开始进行免涂装公路桥的建设，并且在1989年制定了免涂装耐候钢结构设计指南;日本在1955年开始进行耐候钢的研究，并于1967年将耐候钢用于桥梁建设，1985年日本的土木研究所、钢材俱乐部和钢材建设协会等联合制定了《无涂装耐候性桥梁设计施工要领》。与日本和美国相反，耐候钢在欧洲桥梁中的应用较少。虽然研究人员在耐候桥梁钢的冶金工艺和成分设计方面做出了大量努力，但欧洲并未对其给予足够的重视，致使欧洲耐候桥梁钢的使用比例还不到总体桥梁钢用量的1%。1990年在美国，由美国钢铁学会、美国联邦公路管理署、美国海军和米塔尔美国公司联合进行高性能桥梁结构用耐候钢产品的开发，开发出级别为50W、70W和100W的HPS系列钢，此类钢具有很好的综合力学性能以及耐工业大气和海洋大气腐蚀的能力。据统计，美国45%的内陆和沿海桥梁采用了免涂装的HPS70W钢，平均降低建造成本5%～10%，最高可达18%。

在日本，免涂装耐候桥梁钢自1967年首次应用之后，迄今应用得越来越多。JFE在高性能耐候桥梁钢方面形成了两大系列：Ni型高耐大气腐蚀钢系列JFE-ACL和耐海水腐蚀钢系列JFE-MAＲIN。新日铁也开发了含3%Ni的高盐大气环境下使用的免涂装耐候桥梁钢板。另外，新日铁公司还通过添加Cu、P、Ni等耐蚀性合金元素，研发出了具有优良耐蚀性和焊接性能的COＲ-TEN系列耐蚀钢。日本神户制钢研发出Super－Ticor耐候钢。韩国为扭转其在桥梁用钢上的不利竞争地位，2005～2010年展开了多方企业研发应用桥梁用钢的合作，韩国浦项产业科学研究院(ＲIST)下设的高性能结构材料研究中心(HiperCONMAT)负责开展韩国HSB钢(高性能桥梁钢)研发项目，浦项钢铁公司负责钢种开发，桥梁制造商负责试验，韩国高速公路有限公司、桥梁承包商与设计单位等也参与了相关的试验、标准和规范编制等工作。在此过程中开发的耐候桥梁钢产品包括HSB500W、HSB600W、HSB800W。2007年8月，韩国制定了HSB韩国工业标准(KS)《轧制桥梁结构钢》，并于2009年2月将HSB800列入KSD3868标准。2008年9月1日，HSB500和HSB600被纳入韩国桥梁钢设计规范。2010年6月，韩国桥梁钢设计规范增加了HSB800。从2007年1月至2010年1月，HSB500和HSB600已经实现工业供货达4.68万t3国内耐候钢桥发展在美国、日本等发达国家早在20世纪中期已经成功将耐候钢应用到实际工程中，但我国耐候钢的应用仍处于初级阶段。中国对耐候钢的研究比日本晚5年，但直到1989年以前都没有在桥梁上得到应用。1989年开始设计、1992年10月通车，架设在京广线武汉分局地段的巡司河上的桥梁采用的是武钢生产的NH35q，这是目前国内开发的第一个耐大气腐蚀桥梁专用钢，由于南方雨水多、排水考虑不周等原因，在运营中发现免涂装裸露使用一跨出现剥层腐蚀现象，后来直接改为涂装方案，此后近10年桥梁建设者对耐候钢桥敬而远之。从1992—2010年我国耐候钢桥的建造基本处于停滞期。

京广线武汉巡司河桥

但国内桥梁建设用耐候钢以345MPa级钢为主，2012年鞍钢开发了Q690qENH，并对其耐腐蚀性进行了挂片试验，虽耐腐蚀性优于Q345qE，但并未被实际应用。政府对钢结构桥梁建造的鼓励、钢厂的冶炼技术进步、桥梁设计者对新技术的渴求等因素综合叠，使得近5年来耐候钢桥出现井喷式发展。从2010年至今，我国耐候钢桥进入