Q420qD鋼板在橋梁主體結構中的應用及工藝優化

摘 要：針對橋梁主體結構對高強度、抗腐蝕等能力的需求，應用Q420qD鋼板構建了橋梁主體結構。使用低溫軋制（軋制工藝1）和高溫軋制（軋制工藝2）工藝軋制Q420qD鋼板，使用70 A、180 A、250 A、350 A電流焊接鋼板，測試兩種不同軋制工藝制備的試樣驗樣品的力學性能，將各樣品分別置于鹽性和酸性2種溶液中測試耐腐蝕性能。結果顯示，使用軋制工藝2軋制的Q420qD鋼板在外力影響下的拉伸強度和延性更高，受沖擊后也不易發生變形。使用250 A電流焊接后制備的試驗樣品經鹽性和酸性液體腐蝕后拉伸強度降低更小，且該樣品能夠耐鹽腐蝕，但是耐酸性腐蝕效果較差。

關鍵詞：Q420qD鋼板；橋梁主體結構；軋制工藝；焊接電流；耐腐蝕性

中圖分類號：TB333；TQ016 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0169-04

Application and process optimization of Q420qD steel platein the main structure of bridge

ZHAO Xiaoyan 1 ，PI Saijuan 2

（1.Yunnan Hangdu Comprehensive Development Co.，Ltd.，Kunming 650211，China；2. Kunming National High-tech Industrial Development Zone State-owned Assets Management Co.，Ltd.，Kunming 650503，China）

Abstract：In view of the demand for high strength and corrosion resistance of the main structure of the bridge， themain structure of the bridge was constructed by using Q420qD steel plate. The Q420qD steel plate was rolled bylow-temperature rolling （rolling process 1） and high-temperature rolling（rolling process 2）process，and the steelplate was welded with 70 A，180 A，250 A and 350 A current，and the mechanical properties of the samples pre?pared by two different rolling processes were tested， and the corrosion resistance of each sample was tested in twosolutions of salt and acid. The results showed that the tensile strength and ductility of the Q420qD steel plate rolledby rolling process 2 were higher under the influence of external force，and it was not easy to deform after impact.The tensile strength of the test sample prepared by 250 A current welding was reduced less after being corroded bysalt and acid liquid，and the sample could resist salt corrosion， but the acid corrosion resistance effect was poor.

Key words：Q420qD steel plate；main structure of bridge；rolling process；welding current；corrosion resistance

Q420qD鋼板是一種高強度鋼材［1］ ，常用于橋梁主體結構中以提高結構的承載能力和抗震性能［2-4］ 。

其優異的力學性能和耐候性使其成為構建耐久可靠的橋梁的理想選擇［5］ 。為明確Q420qD鋼板在橋梁主體結構運用中的力學性能，本文將對Q420qD鋼板在橋梁主體結構中的運用進行詳細介紹，包括其性能特點、設計考慮、施工要點等，并且對其拉伸性能、屈服強度、抗壓性能、彎曲性能、沖擊韌性等方面進行深入研究和試驗驗證。通過試驗數據的分析和比較，可以更清晰地了解Q420qD鋼板在橋梁主體結構運用中的承載能力、變形能力和耐久性能，為工程設計和實際應用提供可靠的技術支持和依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

采用Q420qD鋼板（上海祥巨金屬制品有限公司），測 試 其 化 學 成 分 ，含 有 碳（質 量 分 數為0.09%）、硅（質量分數為 0.37%）、錳（質量分數為1.47%）、磷（質量分數為 0.03%）、硫（質量分數為0.005）、鋁（質量分數為 0.03%）、鈦（質量分數為0.03%）及微量鈮、鉻。

所研究的Q420qD鋼板中碳元素含量較低，但是錳元素含量較高，而且同時少量添加鈮和鉻等微量元素，符合GB/T 714—2015《橋梁用結構鋼》標準。

1.2 試驗方法

1.2.1 鋼板軋制

本文所研究的Q420qD鋼板應用于橋梁主體之上，整體結構較大，按照我國橋梁建設要求［6-8］ ，鋼板材料的體量較大，受到試驗環境限制，等比例縮小鋼板大?。?-11］ 。

使用鑄坯軋制鋼板，軋制工藝：使用火焰加熱方式，1 000～2 000 ℃環境下加熱鑄坯。利用連續軋制機，將加熱后的鑄坯軋制成所需的形狀和尺寸。使用水冷方式幫助熱軋后的鋼板降溫。將冷卻后的鋼板裁剪成便于試驗的300 mm×200 mm大小。軋制用各項工藝參數如表1所示。

1.2.2 鋼板焊接

焊接Q420qD鋼板，使其成為等比例縮小的橋梁結構。采用T形交叉焊接方法，預留適當間隙。使用火焰切割處理坡口，確保無裂紋和大于1.0 mm的缺棱。

背面清根焊，進行點焊或定位焊固定位置［12，13］ 。正式焊接時使用電弧焊，焊接電流、速度和電壓根據需求設定。完成焊接后進行質量檢查。

1.3 性能測試

1.3.1 力學性能

使用萬能試驗機測試2種不同工藝軋制Q420qD鋼板后制備的橋梁模型的屈服強度［15］ 、拉伸強度和延伸率。使用落錘試驗機測試試驗樣品的耐沖擊性能，把2種不同工藝軋制的鋼板固定在落錘試驗機的支座之上，調整試驗時的落錘重量、速度與高度，通過落錘試驗測試沖擊強度，觀察鋼板的破壞形貌。

1.3.2 耐腐蝕性能

研究在70 A、180 A、250 A、350 A這4種電流條件焊接下，受到鹽性和酸性兩種溶液下腐蝕影響后，試驗試件的各項性能變化。

（1）質量損失測試：將不同焊接電流焊接后的試驗樣品分別置于氯化鈉為原料的鹽性溶液和鹽酸為原料的酸性溶液中。以試樣樣品的質量損失作為評價耐腐蝕性能的指標；

（2）力學性能測試：使用萬能試驗機測試不同腐蝕溶液處理后，各個試驗樣品的拉伸強度變化情況，試驗設置參照上文。焊接電流分別為70 A、180 A、250 A、350 A。確定最佳焊接電流后，觀察該試驗樣品分別在鹽性和酸性溶液中浸泡60 d后的腐蝕形貌。

2 結果與分析

2.1 軋制工藝對Q420qD鋼板的屈服強度影響

測試在橋梁主體結構上的Q420qD鋼板屈服強度，試驗結果如圖1所示。

從圖1可知，受到加載時長影響，2種軋制工藝下的Q420qD鋼板整體屈服強度呈現出下降變化趨勢，但是相比于使用軋制工藝1，使用軋制工藝2時，應用在橋梁主體結構的Q420qD鋼板屈服強度降低趨勢較為緩慢，說明使用這種軋制工藝對于鋼板制作時的破壞較小，能有效提升鋼板的力學性能。

2.2 軋制工藝對Q420qD鋼板的拉伸強度影響Q420qD鋼板的拉伸強度與延伸率試驗結果如圖2所示。

由圖2（a）可知，加載時間增加，會導致鋼板的拉伸強度發生降低變化，軋制工藝2鋼板的拉伸強度從最初的540 MPa，下降至450 MPa，相比于軋制工藝2鋼板具有更加良好的拉伸強度。由圖2（b）可知，外力作用會導致鋼板的延伸率降低，但是軋制工藝2的鋼板延伸率始終未低于20%，說明使用這種軋制方法能夠提升鋼板的延伸率。

2.3 沖擊強度測試

不同工藝軋制后的Q420qD鋼板，受到中繼作用影響后，沖擊功出現變化，試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，沖擊重量增加，會導致鋼板的攻擊功發生下降變化趨勢，說明受到沖擊作用影響，該鋼板會發生變形，但是使用軋制工藝2軋制的Q420qD鋼板受到沖擊作用影響后，沖擊功下降變化更加平緩，說明這種軋制方式，能夠減緩鋼板受沖擊的程度。

2種不同軋制工藝軋制后的鋼板，經過3 000 N外力沖擊60 d后，鋼板的變形情況如圖4所示。

由圖4可知，長時間高沖擊力沖擊之下，使用軋制工藝1軋制的Q420qD鋼板經過長時間沖擊后出現的凹陷變形較嚴重，凹陷中心區域的凹陷深度超過5cm，這種鋼板實際應用在橋梁主體結構中，不能承受外力撞擊，具有嚴重脆弱性，無法在橋梁主體結構中發揮作用。使用軋制工藝2軋制的Q420qD鋼板，經過長時間沖擊后，鋼板變形較小，中心凹陷區域不足0.5cm，變形量較小，說明經過該工藝軋制的Q420qD鋼板抗沖擊性能得到提升，實際應用在橋梁主體區域時，即使遭受強力撞擊也不會出現嚴重變形，安全性較高。

2.4 腐蝕后Q420qD鋼板的質量損傷

分別使用酸性溶液和鹽性溶液2種液體浸泡后，測試經過不同焊接電流焊接后試驗樣品的質量損失率，如圖5所示。

由圖5（a）可知，經過鹽性溶液長時間浸泡后，各個不同焊接電流焊接后的試驗樣品整體腐蝕率呈現上升變化趨勢，說明鹽性溶液對于鋼板腐蝕影響較大，但是使用250 A電流焊接的試驗樣品腐蝕率較小。由圖5（b）可知，經過酸性液體腐蝕后，盡管也出現腐蝕，但是各個試驗樣品的腐蝕率上升變化較為平穩，其中 250 A 電流焊接的橋梁主體結構用的Q420qD鋼板腐蝕率變化最平緩，說明250 A電流焊接的試驗樣品幾乎沒有出現嚴重腐蝕。

2.5 腐蝕后Q420qD鋼板的拉伸強度

通過萬能試驗機獲得鹽性溶液和酸性溶液浸泡之后，不同電流焊接的試驗樣品的拉伸強度，試驗結果如圖6所示。

由圖6可知，經過腐蝕之后試驗樣品的拉伸強度出現顯著下降變化趨勢。圖6（a）中，經過鹽性溶液腐蝕后各個試驗樣品的拉伸強度呈現出平穩下降變化趨勢，其中250 A電流電焊后的試驗樣品拉伸強度較高。

圖6（b）中酸性溶液腐蝕后的試驗樣品中，也是250A電流電焊后的試驗樣品拉伸強度最高由此可以看出，經過250A電流電焊后的試驗樣品具有較高耐腐蝕性能。

2.6 腐蝕形貌分析

經過以上分析可以確定使用250 A電流電焊后的試驗樣品耐腐蝕性能最高，觀察該試驗樣品分別在鹽性和酸性溶液中浸泡60 d后的腐蝕形貌，結果如圖7所示。

由圖7（a）可知，經過鹽性溶液長時間腐蝕后，試驗樣品表面出現明顯腐蝕坑，銹蝕情況也較為明顯，但是并未發生顯著破壞。圖7（b）顯示，受到酸性溶液腐蝕，試驗樣品上不但出現嚴重銹蝕，還出現大量腐蝕坑，試樣樣品的腐蝕較為嚴重。由此可以判斷本文所研究的Q420qD鋼板耐鹽性腐蝕能力較高，但是耐酸性腐蝕能力較差。

3 結語

為保障橋梁主體結構的穩定性與安全性，應用了Q420qD鋼板，測試結果表明：

（1）采用高溫軋制的Q420qD鋼板橋梁主體結構具有較高力學性能和抗沖擊性能，受到外力影響抗拉強度保持在450MPa以上，延伸率也控制在19%以上；

（2）250 A焊接電流處理的試樣更能夠抵抗各溶液腐蝕，更耐鹽性腐蝕，對酸性腐蝕抵抗力較低。

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（責任編輯：張玉平）