隨著鋼結(jié)構(gòu)橋梁向大跨度和全焊接結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全可靠性要求越來(lái)越嚴(yán)格，由此對(duì)鋼板質(zhì)量提出了更高的要求，即不僅要求其具有高強(qiáng)度以滿足結(jié)構(gòu)輕量化要求，而且還應(yīng)具有優(yōu)良的低溫韌性、焊接性和耐蝕性等。對(duì)此，美國(guó)和日本分別投入大量資源開(kāi)發(fā)了滿足上述要求的高性能耐候橋梁用鋼，并且取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在國(guó)外，低成本高性能耐候橋梁用鋼已成為橋梁用鋼發(fā)展的一個(gè)新方向。

美國(guó)耐候橋梁用鋼。自二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，由美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)、美國(guó)聯(lián)邦公路管理署、美國(guó)海軍和米塔爾美國(guó)公司聯(lián)合立項(xiàng)研究高性能鋼，由米塔爾美國(guó)公司參與研發(fā)和生產(chǎn)，先后開(kāi)發(fā)了HPS50W、HPS70W和HPS100W系列鋼種，具體產(chǎn)品的化學(xué)成分、力學(xué)性能分別見(jiàn)表1、2。

注：夏比V型缺口沖擊吸收功的測(cè)試溫度分別為-12，-23，-34℃；各品種均采用淬火—回火工藝生產(chǎn)。其中，HPS50W采用TMCP（熱機(jī)械控制工藝）生產(chǎn)時(shí)的長(zhǎng)度為15200mm；HPS70W采用TMCP生產(chǎn)時(shí)的厚度為50mm、寬度為3000mm、長(zhǎng)度為38100mm。

截至2000年，美國(guó)45%的耐候橋梁用鋼可以不涂裝。橋梁用鋼量大幅減少，與傳統(tǒng)的橋梁用鋼相比，橋梁制造成本降低最高可達(dá)18%，重量減輕可達(dá)20%以上。

日本耐候橋梁用鋼。日本新日鐵住金公司開(kāi)發(fā)了具有抗腐蝕性的耐候高性能橋梁用鋼BHS700W，其化學(xué)成分（%）為C：0.06；Si：0.26；Mn：1.30；P：0.004；S:0.001；Cu：1.13；Ni：1.46；Cr：0.59；

Mo：0.44；V：0.04；B：0.0002；Pcm：0.280。

注：Pcm=C+Si/30+（Mn+Cu+Cr）/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B（%），為焊接冷裂紋敏感指數(shù)。

力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度：782MPa；抗拉強(qiáng)度：820MPa；斷后伸長(zhǎng)率24%；夏比沖擊吸收功：245J；厚度方向斷面收縮率：54%（夏比沖擊吸收功的測(cè)試條件為V型口平行軋向）。

在焊接方面，BHS700W的Pcm較大，且強(qiáng)度較高，導(dǎo)致BHS700W的焊接預(yù)熱溫度在50℃左右，同時(shí)其焊接熱輸入降為5kJ/mm，從而減少焊縫開(kāi)裂。BHS700W的碳含量低，以此來(lái)降低焊接預(yù)熱溫度。除此之外，還有效利用了銅的時(shí)效析出來(lái)保證鋼板的強(qiáng)度。通過(guò)控制工藝過(guò)程，使鋼板的屈服強(qiáng)度增加了15MPa。

耐候橋梁用鋼的應(yīng)用

裸裝使用是耐候鋼最突出的優(yōu)點(diǎn)，也是最為常見(jiàn)的使用方法，可以最大程度發(fā)揮耐候鋼的優(yōu)勢(shì)。一般經(jīng)過(guò)4—15年后，耐候鋼表面才能形成一層致密的銹層，銹層逐漸穩(wěn)定，腐蝕發(fā)展減慢，外觀呈巧克力色，從而達(dá)到保護(hù)基體的目的，這是耐候鋼獨(dú)特的使用方法。耐候鋼的銹層穩(wěn)定化過(guò)程受鋼材的化學(xué)成分、使用環(huán)境、構(gòu)造細(xì)節(jié)和機(jī)械磨損等條件的影響，如果使用不當(dāng)而破壞了穩(wěn)定銹層的生成條件，則耐候鋼將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。實(shí)踐證明，在無(wú)嚴(yán)重大氣污染或非特別潮濕的地區(qū)，耐候鋼可直接裸露于大氣中，但在海水和含鹽地區(qū)、溫泉（含H2S）地區(qū)以及亞硫酸氣體濃度較高的地區(qū)都不宜使用耐候鋼。

耐候鋼裸裝使用時(shí)存在一些問(wèn)題及使用界限，耐候鋼耐腐蝕銹層的形成有一定的年限，其間將生成紅銹（氧化鐵）和黃銹等疏松銹層和銹液，流淌銹蝕不僅影響外觀，且會(huì)污染環(huán)境。另外，耐候鋼在海鹽粒子飛揚(yáng)量超過(guò)5mg/（m2·d）以上的條件下使用時(shí)，不僅上述傾向顯著，而且生成穩(wěn)定銹層存在困難。因此，在建筑、橋梁和車輛等很多行業(yè)，耐候鋼和普通鋼一樣，大都是涂裝使用。涂裝后的耐候鋼和普通鋼相比，表現(xiàn)出極優(yōu)越的耐蝕性，能夠比普通鋼延長(zhǎng)涂裝壽命。耐候鋼表面涂裝后，涂膜與基體附著力增強(qiáng)，在涂膜下發(fā)生局部腐蝕速度減小，使涂膜受到損傷的幾率減少。另外，由于其鐵銹擴(kuò)展的速度也比普通鋼慢，因此延長(zhǎng)了涂膜劣化的時(shí)間，從而降低了重新涂裝維持費(fèi)用。但涂裝使用增加了使用成本和操作工序，難以普遍適用于大型構(gòu)件。

解決耐候鋼裸裝使用時(shí)早期銹液流淌與飛散引起的環(huán)境污染問(wèn)題，促進(jìn)其在高鹽分環(huán)境下穩(wěn)定銹層生成的另一有效方法是采用耐候鋼表面穩(wěn)定化處理技術(shù)。1970年日本利用表面涂層改性加速保護(hù)性銹層的形成。日本原住友金屬工業(yè)公司為防止耐候鋼的銹蝕以及銹蝕對(duì)環(huán)境的污染，在耐候鋼表面涂帶有磷化低漆和能使鋼鐵表面形成鉻化膜成分的涂料。通過(guò)涂層掛片發(fā)現(xiàn)，涂層中的Zn3（PO4）2和重鉻酸鉀對(duì)銹層有一定的改性作用。在對(duì)耐候鋼掛片進(jìn)行了24年的掛片分析基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了具有保護(hù)性銹層的基本結(jié)構(gòu)，即含有鉻的α—FeOOH致密銹蝕層，由此提出了通過(guò)表面涂層改性加速生成該銹層的思想，并將其實(shí)施于1994年啟動(dòng)的新一代耐候鋼的研制中。1994年由日本技術(shù)廳組織原住友金屬工業(yè)公司、原新日鐵公司、東北工業(yè)大學(xué)和筑渡金屬研究所等單位對(duì)耐候鋼表面穩(wěn)定銹層技術(shù)進(jìn)行研究。目前，日本JFE、神戶制鋼和新日鐵住金等鋼鐵公司的耐候鋼材出廠前大多進(jìn)行銹層穩(wěn)定化處理，且廣泛使用在橋梁和建筑等鋼結(jié)構(gòu)上。