对高强度耐候桥梁钢,一般有3种研制路线,种,是传统的调质生产工艺路线,如美国桥梁用结构钢标准(ASTMA709/A709M-95)中的70W(碳含量≥0.12%),它对焊接工艺要求较高,需要焊前预热,因此生产周期较长,成本较高。
第二种,就是低碳TMCP工艺路线,钢中碳含量一般在0.07%~0.11%.这种钢虽然不用进行调质处理,但由于碳含量仍然相对较高,在应用中还存在一些问题。如钢板愈厚其焊接敏感性系数愈高,在焊接时需要预热;在采用大线能量焊接时,还存在韧性降低的问题。
第三种是超低碳贝氏体钢路线。超低碳贝氏体钢的碳含量严格控制在很低的范围(小于0.05%),在具有高强度高韧性的同时,具有极佳的焊接性,所得到的贝氏体组织均匀性较好,微区间电极电位差较小,增强了耐蚀能力。由于它不用调质处理,降低了生产成本,缩短了生产周期,是当前高强耐候桥梁钢的发展趋势。
碳含量等于或接近碳在铁素体中的最大溶解度0.0218%。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Fe3C的可能性极小,高碳M—A—C组元的出现几率也很小,即较少发生C原子的分配,并通过适宜工艺使钢板最终组织以针状铁素体为主,与传统的珠光体-铁索体钢而言,这种组织均匀性更好,各微区之间电极电位更趋于一致,提高了其耐候性能。通过适宜的Cu-Cr-Ni耐候性元素配比,通过其在钢板内锈层的富集来保证耐候性。
经真空循环脱气处理,全流程保护性浇注,同时控制S含量在0.006%以下,以尽量减少夹杂,提高钢质纯净度。通过TMCP+回火技术,使组织充分细化,超细晶粒降低了晶界上的夹杂物含量,显著提高了晶界的洁净度,结果造成了钢的耐候性提高。
即将通车的杭州湾跨海大桥,处于海洋性腐蚀环境,设计者所提出的使用寿命为100年以上使得桥梁用钢的耐腐蚀性显得非常突出。其使用的管桩用钢就采用了经济型耐候钢的设计理念。炼钢时充分利用废钢中所含的残余元素Cu,适当添加耐候性元素Cr、Ni等,并采用精炼工艺,充分降低S含量等。使得钢卷在不明显提高成本的同时,提高其耐腐蚀性能,以为市场所接受。