中国桥梁用钢发展.

中国桥梁用钢发展

1 中国桥梁工程的发展

我国铁路桥梁的发展自1957年的武汉长江大桥开始，经历南京长江大桥，九江长江大桥到1998年的芜湖长江大桥，经过四个标志性的阶段，各阶段都代表了一个时期桥梁技术的发展水平和冶金技术的发展水平。铁路桥梁由铆接、栓焊发展到芜湖长江大桥的整体焊接节点。钢梁的跨度也由128m发展到

312m，直至504m。2000年通车的公铁两用桥-芜湖长江大桥，主跨达到312m，集数十项世界领先技术为一体，标志着我国铁路桥梁的制造技术已达到世界领先水平、正在建设的南京大胜关长江大桥，是我国第一条大跨度高速铁路桥梁，桥面为六线铁路，设计时速为300km，标志着我国桥梁行业又发展到一个新的水平。

我国公路桥梁自20世纪50年代至80年代经历了预应力钢筋混凝土梁式桥后，80年代末随着大跨度公路桥梁的建造，钢结构现代索桥（斜拉、悬索）显示出强有力的竞争力，得到快速发展。国内相继建造了几十余座世界级的大跨度斜拉及悬索桥。

我国跨海桥梁从无到有，也经历了飞速的发展，我国第一条跨海大桥东海大桥总长约为31km。大桥按双向六车道加紧急停车带的高速公路标准设计，设计车速80km/h。2008年通车的杭州湾跨海大桥全长36.4km，双向六车道高速公路，设计时速100km/h。

2 中国桥梁用钢的发展

2.1 铁路桥梁钢发展

2.1.1 发展历程

与桥梁设计及制造相比，国内铁路桥梁用钢的发展起步较早，但发展缓慢。60-80年代开发了16Mnq、15MnVq、15MnVNq（桥梁结构用钢标准YB/168-70、YB（T）10-81）。其中16Mnq在行业中虽然应用广泛，但使用部门反映，16Mnq钢板采用U形缺口冲击，韧性指标偏低。同时也反映板厚效应严重，铁路桥仅能用到32mm，超过此厚度冶金质量难以保证。

80年代末，由于九江长江大桥建设需要，九江桥采用了R

≥420MPa的

eL

15MnVNq。但由于采用加钒提高强度的方法，导致钢板低温韧性及焊接性能差，给桥梁制造带来困难。这使得九江桥制造后，该钢种一直未能得到推广应用。桥梁钢已成为制约铁路桥梁发展的一个突出矛盾。

90年代初，铁路桥梁建设面临芜湖长江的建设，主跨达312m。桥梁钢问题显得愈加突出。为此大桥局和武钢联合共同开发了大跨度铁路桥梁用钢

14MnNbq。该钢采用降碳加铌和超纯净的冶金方法，并通过铌的微合金化作用进

≥370MPa的基础上，具有优异的-40℃低温冲行控制轧制，保证了屈服强度R

eL

≥120J）。同时焊接性能也大大提高，解决了击韧性（芜湖桥标准要求-40℃A

kv

板厚效应问题，可大批量供应32-50mm厚钢板。在芜湖桥4.6万t供货统计数

为223J的优据表明：所供10mm-50mm钢板冲击韧性平均实物质量达到-40℃A

kv

异水平。芜湖桥建设后，14MnNbq钢全面满足了铁路桥梁建设的需要。

进入21世纪以来，我国桥梁建设又有了新的飞跃。桥梁的跨径继续扩大，列车通过时速不断提高。尤其是京沪高速铁路南京大胜关长江大桥的建设，继

续使用传统的14MnNbq钢已经满足不了其设计和施工要求。京沪高速铁路南京大胜关长江大桥全长9.27km，为六线铁路桥梁，设计行车速度300km/h。

为此，铁道部和武钢联合开发了国内第五代铁路桥梁用钢WNQ570。该钢采用国际HPS设计理念，以超低碳贝氏体（ULCB）为设计主线，采用TMCP工艺组织生产，充分利用组织细化、组织均匀等关键技术，使开发钢种具有高强度

≥120J），较低的屈强比和优异的焊接性（Rm≥570MPa）、高韧性（-40℃A

kv

（Pcm≤0.20），其实物性能水平达到了国际同类钢种的先进水平。

我国铁路桥梁的标志性工程及用钢情况见表1。

2.1.2 发展特点

1）成分设计方面

钢的碳含量逐步降低，钢的微合金化由最初的V微合金化转变为Nb微合金化，并且Nb的含量逐步提高，Nb所发挥的作用也多样化。

九江长江大桥中的15MnVNq钢和芜湖长江大桥中的14MnNbq钢碳含量一般在0.14%-0.16%，而在建的南京大胜关长江大桥中Q420qE（WNQ570）钢的碳含量剧氐可达0.02%。较低的碳含量，可以较少连铸坯中心偏析，更为重要的是可以明显提高焊接性。当碳含量极低时，在γ→α的转变过程中，由于Nb （CN）的析出，铁素体中碳的溶解度极限不容易被超过，从而在显微组织中形成ε碳化物或Fe

C的可能性极小。高碳M-A-C组元的出现几率也很小，即较

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少发生C原子的不均匀分配，保证了钢组织的均匀。各微区之间电极电位更趋

于一致，提高钢的耐候性能。并且降低碳含量的同时。允许在钢中添加较高的铌含量，含铌较高的钢种，奥氏体就可以在更高的轧制温度进行加工。这样可以通过延迟奥氏体向铁素体的转变，提高针状组织的体积分数和NbC析出而获得附加的强化效果。

2）生产工艺方面

钢板的生产工艺由最初的正火、控轧发展到TMCP。1995年建成的九江长江大桥中15MnVNq钢采用正火工艺生产，2000年建成的芜湖长江大桥中14MnNbq 钢也采用正火工艺生产，其中薄规格钢板采用控轧生产，不用进行热处理。钢板采用正火处理，可以改善组织均匀性，提高钢板的低温冲击稳定性。但是对于厚钢板进行常化炉处理时，需要在钢板下面铺钢板衬垫，以防止钢板下表面被炉辊划伤，因此采用正火工艺时，对于厚钢板的现场操作比较复杂。

而在建的南京大胜关长江大桥中，Q420qE（WNQ570）钢采用TMCP工艺生产，钢板轧后直接交货，革新了同类强度钢必须采用调质生产的不足。同时降低了生产成本，有效提高了钢板表面质量。

3）钢板性能方面

钢板的强度级别不断提高。由345MPa提高到370MPa，直至420MPa。1969年建成的南京长江大桥中使用的16Mnq的屈服强度要求≥350MPa，1995年建成的九江长江大桥中使用的15MnVNq钢屈服强度要求大于等于420MPa，但是由于较高的强度影响了钢板的焊接性能。2000年建成的芜湖长江大桥中14MnNbq钢的屈服强度要求大于370MPa。随着铁路桥梁荷载的提高，钢板的强度级别必须提高。