南鋼橋梁用結構鋼的研發

朱俊虹， 梅寬志， 郭甲男

(南京鋼鐵股份有限公司， 江蘇 南京 210035)

引 言

隨著國家出臺國內鐵路及公路規劃，并伴隨供給側改革推進公路橋梁用結構鋼橋建設和鐵路八橫八縱計劃的實施，中國近5-10年以來進入了鋼結構橋梁建設的快速發展時期。已經完工的滬蘇通長江大橋、港珠澳大橋、平潭海峽大橋、三門峽黃河大橋等為代表的一批橋梁工程享譽海內外，中國橋梁工程已經進入世界先進行列。

南京鋼鐵股份有限公司(以下簡稱“南鋼”)從2000年開始，緊跟世界橋梁建設技術創新的步伐，關注橋梁行業綠色環保、節能減排、全壽命管理的發展方向，在橋梁用結構鋼不斷加大研發和投入，目前已形成四大類30多個的品種，參與了國內外重點工程項目如滬蘇通公鐵大橋、青藏鐵路拉林藏木特大橋、平潭海峽公鐵大橋、重慶嘉陵江公軌雙層大橋、美國舊金山新海灣大橋等150個重大項目工程，目前為止已提供了100多萬噸橋梁用結構鋼。

1 橋梁用結構鋼所需要的生產線及工藝裝備

由于現代特大型鐵路橋梁、公路橋梁和跨江跨海大橋的發展對橋梁用結構鋼提出了很高的要求，如鐵路橋梁主跨由最初的128 m發展到504 m，規劃到1092 m，通車時速由140 km/h提高到300 km/h，設計荷載由最初的2線發展到6線鐵路，鋼梁連接由鉚接、栓焊發展到整體焊接節點，在設計橋梁時要求橋梁用結構鋼在提高強度的同時，還必須具有優異的低溫韌性和焊接性能，同時也能解決鋼板板厚效應，另外為提高材料的利用率，鋼板規格繁多復雜，上述橋梁鋼的應用特性決定了該材料的生產裝置必須是最先進的，南鋼為打造成世界一流的中厚板精品基地，加大裝備投入力度，先后于2004年投產3500 mm爐卷軋機，2013年投產5000 mm軋機，加上原來的2800 mm軋機和配套項目，這三條板材產線(如表1所示)強力組合形成了裝備優勢、規模優勢、產品覆蓋優勢，裝備的先進性為橋梁用結構鋼創造了條件。2015年南鋼開始加大橋梁用結構鋼的研發推廣力度，組織專門部門進行橋梁用結構鋼研發和推廣，目前年產高性能橋梁用結構鋼30萬噸。這套中厚板生產線現已成為中國最大、全球第二的中厚板生產線，年產量達到了500萬噸，能生產各種具有個性化需求的板材品種。

表1 南鋼板材生產線及裝備

2 橋梁用結構鋼板的研發和生產情況

2.1 橋梁用結構鋼設計思路

橋梁工程乃百年大計，其應用環境和使用狀態(動靜載荷)特殊，隨著鋼橋面的廣泛應用，作為主要受力構件，橋梁用結構鋼不僅要保障鋼材基本力學性能，還應看重其應用性能，例如耐候性、防斷、疲勞、止裂，低溫韌性、內部質量、波動及穩定性、加工精度(不平度)、熱矯正性能、焊接匹配性，整橋材料匹配等?？偠灾畼蛄河媒Y構鋼是否能做得好是企業管理、技術、生產組織水平的綜合體現。

2.2 化學成分設計

近年來南鋼自主研發370-500 MPa 級別新一代高性能橋梁用結構鋼板，采用低碳微合金、低CEV等設計(如表2所示)，使鋼板具有良好的焊接性能和使用性能，結合新一代超快冷先進裝備，采用組織轉變和TMCP 工藝提高強度等級，產品生產流程短，不需要走離線熱處理，生產過程成本降低。

表2 南鋼橋梁用結構鋼化學成分的設計/%

其中，鋼的含碳量增加對鋼的韌性、塑性、焊接性有不利的影響，一般強度在Q345q-Q370q控制在0.15%，其它高等級的橋梁用結構鋼控制在0.06-0.10% ，Cev(%)控制在0.4-0.5%范圍，避免接頭產生淬硬組織，出現硬度超標，降低焊接冷裂紋傾向，保證材料基礎性能優異和應用性能優良。

2.3 橋梁用結構鋼的生產工藝路線的開發

橋梁用結構鋼是目前所有結構鋼品種中對其綜合性能要求最頂級的鋼種，南鋼目前橋梁用結構鋼的生產工藝路線如下：鐵水脫硫預處理→ 轉爐冶煉→LF→RH→連鑄→坯料堆冷→坯料驗收→加熱→除鱗→控制軋制→矯直→冷床冷卻→表面檢查→定尺剪切→(探傷)→噴印標識→檢驗→入庫。

(1)煉鋼過程提高成分的命中率，降低P、S和氣體含量，避免過渡到焊縫中、形成低熔點共晶相，降低焊縫熱裂紋敏感性；

(2)連鑄工序控制好鋼水過熱度，連鑄的拉速、水比，確保輕壓下處于良好狀態，對板坯的低倍組織進行檢查，對鑄坯內部質量進行低倍評級；

(3)針對橋梁用結構鋼的厚度規格選用坯料的厚度以150 mm、220 mm、260 mm、320 mm等規格為主，此外，特殊訂單也會采用其他規格坯料，這樣生產出的橋梁用結構鋼板厚度規格可以從4 mm 到100 mm，最大寬度可以達到4500 mm；

(4)堅持坯料冷裝入爐，以利于提高鋼板的各項性能指標，執行好鋼坯的加熱制度，按軋鋼規程要求組織軋制，控制好各關鍵溫度點；

(5)對鋼板進行板型檢測，對加工變形的配備連續熱矯，并用自動探傷設備進行探傷。

2.4 南鋼橋梁用結構鋼的性能

橋梁用結構鋼經過冶煉和軋制的多工序設計，保證鋼水的純凈度和均質化，再經過CR、N、TMCP、TMCP+回火多種軋制和熱處理方式得到了細化鐵素體+珠光體、針狀鐵素體、貝氏體的組織，這種鋼板晶粒細小，組織均勻，具有良好的力學性能，達到了鋼板的強韌性、低屈強比要求，滿足鋼板無厚度效應，具有極高的沖擊功率(如表3所示)。

表3 南鋼橋梁用結構鋼的性能

3 結束語

南鋼這5年以來高度重視橋梁用結構鋼板的開發與運用，通過裝備提升、工藝技術研究、技術力量整合，及時理解國家標準和歐洲標準，加快品種開發節奏，提升產品檔次。開發出的橋梁用結構鋼質量穩定，深受用戶好評，為國內外大型橋梁工程做出積極貢獻。