[发明专利]免涂装桥梁结构用耐工业大气腐蚀高强螺栓钢及制造方法

说明书

一种免涂装桥梁结构用耐工业大气腐蚀高强螺栓钢及制造方法，属于桥梁结构用高强螺栓钢技术领域。其组分的重量百分数为：C 0.16‑0.45％，Si 0.01‑2.2％，Mn 0.3‑2.2％，P 0.001‑0.024％，S 0.002‑0.025％，B 0.0005‑0.0100％，Ti 0.04‑0.50％，V 0.01‑0.20％，Al 0.001‑0.10％，Cr 0.001‑0.34％，Cu 0.2‑0.5％，Ni 0.2‑1.5％，余量为Fe和微量杂质。所述高强耐候螺栓钢根据化学成分预测公式计算的耐腐蚀指数I≥6.3，适合生产螺栓规格范围为M16‑30mm，螺栓加工厂打制成螺栓后，调质热处理工艺制度为840‑920℃油淬火+380‑625℃回火，获得最佳的强韧性匹配。优点在于，用于免涂装桥梁结构板材、型材配套连接使用，具有优异的耐工业大气腐蚀和耐低温性能。

技术领域

本发明属于桥梁结构螺栓钢技术领域，特别是涉及一种10.9级免涂装桥梁结构用耐工业大气环境腐蚀高强螺栓钢及制造方法，适用于螺栓规格M16-30mm耐候高强螺栓的加工制造。

背景技术

随着大型钢结构梁桥向高参数方向发展，对桥梁结构的安全可靠性要求越来越严格。这不仅对设计者提出了更高的要求，而且对钢材提出了更高的水准，即不仅具有高强度以满足结构轻量化要求，而且还应具有优良的低温韧性以及耐腐蚀性能，以满足钢结构的安全可靠、长寿等要求。

传统的高强度桥梁钢不仅耐低温性能、焊接性较差，而且不能耐大气、海水腐蚀。因此，国内外材料工作者提出了高性能钢的概念。高性能钢材主要是指材料的某项或几项性能较传统钢材得到改善的钢材，除了具备较高强度外，钢材低温韧性，尤其是耐腐蚀性能有较大幅度提高。桥梁连接方式之一是螺栓联接，起联接作用的高强螺栓同样面临着要求较高的低温性能和耐腐蚀性能。

桥梁结构在各种大气环境下使用，产生腐蚀是一种自然现象。为防止或减少结构物的腐蚀，延长其使用寿命，需采取一定的措施。目前，钢结构桥梁国内全部涂装方法防腐，连接使用的高强螺栓与桥梁整体涂装。但是表面喷涂等方法需要每3～5年防腐蚀涂装维护和每10～15年一次重新防腐涂装，并且涂装过程造成健康危害和环境污染、涂镀成本较高等问题。而开发免涂装钢材在制造和安装环节，可减少工厂涂装工序和现场涂装工序，显著提高建造效率以及减少初期费用、降低全寿命周期成本，最显著的优势是大幅度降低由内部氢脆发生的几率等显著优势。因此，开发免涂装高强螺栓使用的耐候钢迫在眉睫。

耐候钢的研制起源于欧美国家，美国的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蚀、高抗拉强度的含Cu低合金钢Corten钢，并在60年代不涂漆直接应用于建筑和桥梁。针对钢结构耐候螺栓，美国钢结构协会制定了螺栓联接规范《使用ASTM A325或者A490螺栓结构联接规范》，提出了5种适合不同用户使用需求的耐候螺栓钢。1964年，美国新泽西建设第一座免涂装耐候桥(UWS)，密歇根和爱荷华几乎同时建造类似钢桥，到1979年，建造第500座免涂装大桥。在1985年，建造第2000座免涂装大桥。日本在1965年建成第1座耐候桥(涂装)，而1967年建成第一座免涂装大桥，截止到2005年，耐候桥占总数的20％。加拿大在1968年，建成第一座耐候桥。到目前，新建桥梁90％采用了耐候钢。德国在1969年建造第一座耐候桥，英国在1970年建造第一座耐候桥，韩国在1992年建造第一座耐候桥，到目前为止已经有20座耐候桥。美、日等发达国家已建立了耐候钢桥管理、评估、检测与维护的完善体系，耐候钢在欧洲、日本和韩国得到广泛的应用。我国耐候钢的研制始于上世纪60年代，同时具有显著的成绩，国内应用耐候钢也建造多座大桥，但都是涂装使用，同时连接用的高强耐候螺栓用钢方面至今还没有任何标准或规范。随着耐候材料及技术的成熟，而在2016年，藏木雅鲁藏布江特大桥钢梁制造即将拉开序幕，将成为我国第一座免涂装耐候铁路钢桥，而张家口官厅水库特大桥建设采用耐候钢材料，将成为我国第一座免涂装耐候钢公路桥。因此，开发桥梁结构配套的免涂装的耐候高强螺栓钢迫在眉睫，且具有较为广阔的市场前景。