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， 集数十项世界率先技术为一体，标志着我国铁路桥梁的创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。2022 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
与桥梁设计及创造相比，国内铁路桥梁用钢的发展起步较早，但发展缓 慢。 60-80 年代开辟了 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， 给桥梁创造带来艰难。这使得九江桥创造后，该钢种向来未能得到推广应用。 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辟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
行控制轧制，保证了屈服强度 R ≥370MPa 的基础上，具有优异的-40℃低温冲
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击韧性(芜湖桥标准要求-40℃A ≥120J)。同时焊接性能也大大提高，解决了
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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
据表明：所供 10mm-50mm 钢板冲击韧性平均实物质量达到-40℃A 为 223J 的优
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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。特别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辟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，使开辟钢种具有高强度
    (Rm≥570MPa)、高韧性(-40℃A ≥120J)，较低的屈强比和优异的焊接性
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(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)成份设计方面
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 钢碳含量普通 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 碳化物或者 Fe C 的可能性极小。高碳 M-A-C 组元的浮现几率也很小，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。

钢板的低温冲击韧性逐步提高。早期的低温冲击试样普通采用 U 型缺口， 韧性指标偏低。在九江长江大桥使用的 15MnVNq。钢即采用 U 型缺口的冲击试
样，对低温韧性的要求为-40℃A ≥50J，而芜湖长江大桥中使用的 14MnNbq 钢
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低温冲击试样采用 V 型破口，要求-40℃A ≥120J。芜湖长江大桥中对钢板的低
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温韧性要求如此严格，是因为此前国产桥梁用钢存在低温冲击韧性不稳定问  题，同时焊后钢板 HAZ 低温韧性会降低，为保证焊接接头韧性余量所致。低温 冲击韧性的这一严格标准在铁路桥梁中向来沿用至今。
钢板屈强比的要求逐步明确。钢板的屈强比是铁路桥梁设计时的一个重要 参数。传统的铁路桥梁钢普通天兴洲大桥为铁素体+珠光体组织。这种钢普通具有较低的屈 强比，主要集中在 0.65-0.80 区间，基本满足铁路桥梁设计部门对屈强比的要 求。而随着 TMCP 工艺的逐步应用，钢板的组织以贝氏体为主。这种钢由于大量 采用了晶粒细化技术，普通都具有较高的屈强比，普通在 0.90 以上，较高的屈 强比给工程安全带来一定的隐患。因此在南京大胜关长江大桥用 Q420qE          (WNQ570)钢的技术条件中，对于这一以 TMCP 工艺生产的贝氏体钢，明确提出 了屈强比必须小于等于 0.88。这一规定，突破了传统的以 TMCP 工艺生产的贝 氏体钢屈强比在 0.93 以内才算合理的限制。
钢板的焊接性要求逐步增加。在 2000 年建成的芜湖长江大桥中，要求
14MnNbq 钢焊接接头三区冲击韧性为-30℃A ≥48J，而在建的南京大胜关长江
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大轿中要求 Q420qE (WNQ570)钢焊接接头三区冲击韧性为-40℃A ≥48J。
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钢板的最大使用厚度逐渐增加。芜湖长江大桥中使用的 14MnNbq 钢，最大 使用板厚为 50mm。在天兴洲长江大桥和南京大胜关长江大桥中，最大使用板厚 达到 68mm 或者 80mm。

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