CN106223190A

CN106223190A - 一种无涂装耐海洋大气腐蚀的桥梁钢支座

Info

Publication number: CN106223190A
Application number: CN201610783741.0A
Authority: CN
Inventors: 刘斌; 王德志; 文望青; 王传素; 薛照钧; 杨恒; 王鹏宇
Original assignee: China Railway Siyuan Survey and Design Group Co Ltd
Current assignee: China Railway Siyuan Survey and Design Group Co Ltd
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2016-12-14

Abstract

本发明公开了一种无涂装耐海洋大气腐蚀的桥梁钢支座，包括上座板、中座板、下座板，其特征在于，所述上座板、中座板、下座板由含有以下质量百分比化学成分的耐海洋大气腐蚀钢材制成：C：0.01～0.09％、Si：0.15～1.00％、Mn：0.20～0.90％、P≤0.025％、S≤0.007％、Nb：0.01％～0.10％、Ti：0.01％～0.10％、Cu：0.25～1.00％、Mo：0.10～0.60％、Ni：1.0～4.0％、Sb≤0.15％、Al：0.015～0.07％。本发明采用耐海洋大气腐蚀钢材制备成桥梁钢支座，且钢件表面无需涂装保护，避免了球型钢支座在运输、安装及使用中出现油漆破损、涂层失效等问题，节约人力物力，具有免涂装、免维护、耐海洋大气腐蚀性能优异、使用寿命长的优点。

Description

一种无涂装耐海洋大气腐蚀的桥梁钢支座

技术领域

本发明涉及桥梁支座新材料，具体地指一种无涂装耐海洋大气腐蚀的桥梁钢支座。

背景技术

随着我国沿海高速铁路的建设发展，传统的铁路桥梁支座已经不能满足高速铁路百年使用寿命的要求。在沿海地区常年气温较高，空气潮湿而且还包含有大量的盐份，桥梁钢支座长期曝露在日晒、风吹、潮湿、盐雾的海洋大气中，腐蚀更为严重，其耐久性和使用寿命将受到严重影响。因此，要求桥梁支座材料在耐海洋大气腐蚀性方面应有较好的适应性。

目前沿海地区使用的桥梁支座主体材料为ZG270-500以及ZG20Mn等，滑动摩擦副主体材料为1Cr18Ni9Ti、304等，ZG270-500、ZG20Mn的力学性能(屈服强度≥235Mpa、抗拉强度≥495Mpa、伸长率≥18％)可满足支座主体钢材要求，但耐腐蚀性能较差，远不及传统高耐候钢09CuPCrNi，而且屈服强度一般，钢材在作为桥梁支座时其韧性不高；而传统高耐候钢09CuPCrNi耐腐蚀性能优于ZG270-500、ZG20Mn，但其价格较高，且在耐海洋大气腐蚀性方面仍无法满足桥梁支座的需要；现有支座防腐方案主要选择重防腐涂层或热喷锌(铝)涂层+重防腐涂层的铸钢表面防腐体系，在海洋环境中会出现表层涂漆易剥落、涂层易老化等时效问题，每年需要定期维护。一旦涂装失效，导致材料会持续腐蚀，ZG270-500以及ZG20Mn会迅速发生腐蚀，无法耐沿海地区气候，严重威胁桥梁的安全性。因此作为桥梁支座，在兼顾材料的力学性能(屈服强度、抗拉强度、伸长率)的情况下需要大力提高在海洋大气环境下耐腐蚀性能。

因此，需要开发出一种成本低廉、力学性能好、无涂装、耐海洋大气腐蚀的桥梁钢支座。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种成本低廉、力学性能好、无涂装、耐海洋大气腐蚀的桥梁钢支座。

本发明的技术方案为：一种无涂装耐海洋大气腐蚀的桥梁钢支座，包括上座板、中座板、下座板，所述上座板焊接上座板高性能不锈钢板与中座板间形成平面摩擦，所述中座板焊接中座板高性能不锈钢板与下座板间形成球面摩擦，其特征在于，所述上座板、中座板、下座板由含有以下质量百分比化学成分的耐海洋大气腐蚀钢材制成：

C：0.01～0.09％、Si：0.15～1.00％、Mn：0.20～0.90％、P≤0.025％、S≤0.007％、Nb：0.01％～0.10％、Ti：0.01％～0.10％、Cu：0.25～1.00％、Mo：0.10～0.60％、Ni：1.0～4.0％、Sb≤0.15％、Al：0.015～0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。所述耐海洋大气腐蚀钢材屈服强度≥345Mpa，抗拉强度≥490Mpa，伸长率≥20％，-40℃夏比冲击功≥47J，耐腐蚀速率≤1.6mm/a。

优选的，所述耐海洋大气腐蚀钢材还包括质量百分比的化学成分Ca：0.001％～0.007％、稀土元素REM：0.01％～0.10％中至少一种。

本发明所述的稀土元素，可包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及钪(Sc)和钇(Y)等元素中的一种或多种。

本发明耐海洋大气腐蚀钢材的主要合金元素含量基于以下原理：

C：由于C是提高钢强度最为经济的元素，但C含量过高会弱化钢的低温韧性和焊接性能，超低碳设计限制了珠光体组织及其它碳化物的形成，有利于单一贝氏体组织的形成，避免了异相之间电位差而引起的原电池腐蚀，有利于提高钢的耐腐蚀性；但是碳含量低于0.01％时，冶炼工艺难度大；碳高于0.09％，则生成组织中珠光体量增加，铁素体及贝氏体组织减少，使延伸率和韧性、耐腐蚀性能下降。因此本发明设计C含量为0.01～0.09％。

Si：由于Si是炼钢脱氧的必要元素，有较强的固溶强化的作用，可以提高钢的强度，但Si含量太高会降低钢的低温韧性和焊接性能，此外Si有利于致密锈层的形成，能提高钢的耐大气腐蚀性能。Si具有优良的耐氯离子腐蚀特性，尤其可以改善钢在海洋大气环境中的抗点蚀性能，当与Cu、Mo复合添加时，效果更明显。但是Si含量太高会降低钢的韧性，对焊接性能也不利。因此本发明设计Si含量为0.15～1.00％。

Mn：由于Mn在钢中起到固溶强化的作用，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度，同时改善韧性。该元素含量在一定的范围内增加钢强度的同时几乎不降低钢的塑性和韧性，但含量过高时会在钢中形成带状组织。Mn在一定程度上提高钢对海洋大气的耐腐蚀性能。综合考虑铸钢件力学性能要求，因此本发明设计Mn含量为0.20～0.90％。

P：由于P在钢中常被认为杂质元素，会降低钢的塑性和韧性，尤其对低温韧性极为有害，但是可以有效提高钢的耐大气腐蚀性能，当与Cu联合加入钢中时，显示出更好的复合效应；因此本发明设计P含量≤0.025％

S：是钢中的有害元素，生成的硫化物严重影响钢的力学性能，对钢的韧性、塑性等具有不利影响，且恶化钢的耐大气腐蚀性能.因此本发明设计S含量≤0.007％。

Nb：由于Nb能够有效延迟变形奥氏体的再结晶，提高奥氏体再结晶温度，以获得细小的晶粒，同时，Nb可以在钢中起到沉淀强化的作用，改善钢的强度和韧性；低于0.01％效果不明显，高于0.10％效果饱和。因此本发明设计Nb含量为0.01％～0.10％。

Ti：由于Ti是强碳氮化物形成元素，Ti的碳氮化物能有效钉扎奥氏体晶界，抑制奥氏体晶粒的粗化，加入钛是为了细化钢坯再加热时及焊接热影响区的奥氏体晶粒，提高钢的强度和低温韧性。钛、氮能够形成氮化钛，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善母材和焊接热影响区的韧性。低于0.01％效果不明显，高于0.10％，反而使韧性下降。因此本发明设计Ti含量为0.010％～0.10％。

Cu：由于Cu是提高钢耐大气腐蚀性能重要合金元素，同时可以提高钢的强度，但含量过高时，热轧时易产生裂纹，恶化钢板表面性能，降低钢的焊接性能，容易产生热脆；因此本发明设计Cu含量为0.25～1.00％。

Mo：由于Mo对铁素体有固溶强化作用.同时也提高碳化物的稳定性.从而提高钢的强度，改善钢的延展性和韧性。钼是能够有效提高钢的耐大气腐蚀性能的合金元素，在海洋大气环境中耐氯离子腐蚀和点蚀。而且，钼有助于轧制时奥氏体晶粒的细化和微细贝氏体的生成，提高钢的强度。但添加超过0.6％时，钢的可焊性及低温韧性明显降低；此外，Mo为贵重元素，导致钢的成本大幅度上升。因此本发明设计Mo含量为0.10～0.60％。

Ni：由于Ni是提高耐候钢耐海洋大气腐蚀性能的最重要的合金元素之一。此外，Ni能够细化钢的晶粒，大大提高钢的低温韧性，根据环境腐蚀性能，当Ni含量达到3.5％以上时，可以用于各种大气环境，且随着含量继续增加其耐腐蚀效果增加不明显。但是镍为贵重元素，含量高导致钢的成本大幅度上升。因此本发明设计Ni含量为1.0～4.0％。

Sb：由于锑是提高钢在酸性环境(含有硫酸、盐酸等)中耐蚀性效果最显著的化学元素，对于工业污染严重的环境造成的酸雨条件，Sb明显提高钢的耐腐蚀性能。但是Sb属于对钢的强度、韧性、塑性和焊接性有不利影响的元素。Sb元素的含量在0.15％以上时效果基本饱和。因此本发明设计Sb含量为≤0.15％。

Al：由于Al主要用于脱氧和细化晶粒，对钢的耐蚀性有一定作用。因此本发明设计Al含量为0.015～0.07％。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.针对我国东南部沿海大气环境，发明一种耐海洋大气腐蚀钢材，通过降低S、P元素含量，复合添加Cu和少量的Mo，提高Ni含量等，经优化处理元素配比形成低合金钢，冶炼工艺先进，且耐海洋大气腐蚀钢出厂前表面进行防腐预处理，形成致密的抗腐蚀层，耐海洋大气腐蚀性能为普通碳钢的2倍以上，大幅度提高耐海洋大气环境下的腐蚀性能。且力学性能优良，具有良好的屈服强度和抗拉强度，钢材韧性显著提高。

2.采用耐海洋大气腐蚀性能钢和高性能不锈钢制备而成桥梁钢支座，且钢件表面无需涂装保护，避免了球型钢支座在运输、安装及使用中出现油漆破损、涂层失效等问题，且在后续使用过程中无需对支座表面涂层进行维护，节约人力物力，具有免涂装、免维护、耐海洋大气腐蚀性能优异、使用寿命长的优点。

附图说明

图1为桥梁支座结构示意图

图2为实施例1-2与对比钢材09CuPCrNi腐蚀速率曲线图

其中：1-下座板；2-中座板高性能不锈钢板；3-中座板；4-上座板高性能不锈钢板；5-上座板；6-支座附属件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明的桥梁支座，结构包括：上座板5、中座板3、下座板1及支座附属件6。上座板5、中座板3、下座板1均采用本发明化学成分的耐海洋大气腐蚀钢材制备而成，支座整体无需涂装。上座板采用本发明的耐海洋大气腐蚀钢材制备而成，其上焊接上座板高性能不锈钢板4，即上座板5底部与中座板3配合处及上座板5内侧与下座板1侧面配合处焊接上座板高性能不锈钢板4。中座板采用耐海洋大气腐蚀钢制备而成，其球面焊接中座板高性能不锈钢板2，中座板高性能不锈钢板2与上座板高性能不锈钢板4均采用022Cr19Ni13Mo3。下座板采用本发明的耐海洋大气腐蚀钢材制备而成。支座附属件6指锚固系统、预埋板等，采用耐海洋大气腐蚀钢材、高性能不锈钢或在普通碳素钢表面进行合金共渗制备而成。

表1-2为各实施例耐海洋大气腐蚀钢材的具体化学成分：

表1实施例1-12耐海洋大气腐蚀钢材的化学成分含量Ⅰ

表2实施例1-12耐海洋大气腐蚀钢材的化学成分含量Ⅱ

力学性能测试：将实施例1-12得到耐海洋大气腐蚀钢材进行力学性能测试，得到测试结果如表3所示。

表3实施例1-12耐海洋大气腐蚀钢材的力学性能测试

上述力学性能测试可以得到：实施例1-12所得的低合金钢屈服强度明显优于对比钢材ZG20Mn，因此本发明钢材在制成桥梁钢支座时，钢支座的韧性好，强度大，表示材料抵抗冲击载荷的能力强。

耐腐蚀性能测试：依据《金属和合金的腐蚀双金属室外暴露腐蚀试验》GB/T19747-2005，在实验室模拟热带海洋气象环境，对本发明钢种的耐海洋大气腐蚀性能进行加速试验。溶液为0.5％NaCl、溶液温度为31℃、湿度为80％RH、每个干湿循环为60min，浸入时间10min，干燥时间50min。实施例1-12经试验测得24h、72h、144h、240h的腐蚀速率(mm/a，毫米/年)如下表4所示：

表4实施例1-12耐海洋大气腐蚀钢材的耐腐蚀性能测试

其中实施例1-2与对比传统高耐候钢09CuPCrNi不同时间下的腐蚀速率如图2所示。可以看出本发明耐海洋大气腐蚀钢的腐蚀速率远低于对比试样传统高耐候钢09CuPCrNi。240h的本发明钢的相对耐蚀率是传统高耐候钢的2倍以上，说明在海洋大气环境下本发明钢的耐蚀性良好，显著高于传统耐候钢09CuPCrNi。

Claims

1.一种无涂装耐海洋大气腐蚀的桥梁钢支座，包括上座板(5)、中座板(3)、下座板(1)，所述上座板(5)焊接上座板高性能不锈钢板(4)与中座板(3)间形成平面摩擦，所述中座板(3)焊接中座板高性能不锈钢板(2)与下座板(1)间形成球面摩擦，其特征在于，所述上座板(5)、中座板(3)、下座板(1)由含有以下质量百分比化学成分的耐海洋大气腐蚀钢材制成：

C：0.01～0.09％、Si：0.15～1.00％、Mn：0.20～0.90％、P≤0.025％、S≤0.007％、Nb：0.01％～0.10％、Ti：0.01％～0.10％、Cu：0.25～1.00％、Mo：0.10～0.60％、Ni：1.0～4.0％、Sb≤0.15％、Al：0.015～0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的桥梁钢支座，其特征在于，所述耐海洋大气腐蚀钢材还包括质量百分比的化学成分Ca：0.001％～0.007％、稀土元素REM：0.01％～0.10％中至少一种。