公路桥梁用耐候钢钢

中国公路学会团体标准编制说明《公路桥梁用耐候钢技术指南》（征求意见稿）公路桥梁用耐候钢技术指南》编写组二O—八年八月1 工作概况 11.1 任务来源 11.2 编制单位 11.3 标准编制的主要工作过程及计划 22 本标准的制订原则和标准主要技术特点 22.1 标准的制定原则 22.2 本标准的主要技术特点： 23 标准中主要技术内容确定的依据 33.1 术语定义 33.2 订货内容 53.3 耐候钢板及型钢 53.4 耐候钢焊接材料 114 标准的宣贯工作 121 工作概况1.1 任务来源为了解决钢材产能过剩问题，国务院相继出台了若干指导意见（国发〔2013〕41 号、国发 〔2016〕6 号），着力推动钢铁行业供给侧结构性改革，要求大幅提高钢结构应用比例，推进钢 材在相关领域的扩大应用和升级交通运输部相应发布了交公路发〔2016〕115号文“交通运输 部关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见”，大力推进公路钢结构桥梁建设，并建议在合适的 地方采用耐候钢制造桥梁和普通钢建造桥梁相比，耐候钢建造桥梁具有全寿命周期成本低、对环境无污染、建造速度 快等优势。

近年来，我国钢铁企业及一些桥梁设计制造的单位合作相继建造了一些耐候钢桥，积 累了一定经验但是，由于我国耐候钢建桥起步晚，没有形成系统的标准规范，对耐候钢桥的应 用推广造成一定的制约因此，有必要尽快形成具有指导性的公路桥梁用耐候钢技术指南，给予 在设计选材、钢材生产、产品制造等方面的原则性指导随着我国冶金技术的发展及鞍钢等国内大型钢铁企业多年来对耐候钢研究数据的积累及国 产高性能钢的品种不断开发，使得新型高性能耐候钢的强度、低温韧性、焊接性能、疲劳性能等 较传统耐候钢的实物质量大幅提升，为制订公路桥梁用耐候钢技术指南提供了坚实的基础2016年实施的GB/T 714-2015版《桥梁用结构钢》标准，在桥梁用钢牌号系列化、高强度 化、耐大气腐蚀合金化体系及-60°C低温韧性的等方面，取得了很大的进步，但也同时存在偏于 国家基础标准功能、耐候钢没有按照环境的不同提供相应的解决方案、适应性不强等问题，不能 够满足钢结构公路桥梁设计领域对耐候钢的需求为此，中交公路规划设计院、鞍钢股份有限公司、武汉钢铁有限公司、中国科学院金属研究 所、哈尔滨焊接研究院有限公司、上海振华重工（集团）股份有限公司、成都市新筑路桥机械股 份有限公司等单位于2017年向中国公路学会提出了《公路桥梁用耐候钢技术指南》标准编制的 申请并获批。

此标准编制，在GB/T 714-2015版《桥梁用结构钢》国家标准体系的框架内，根据公路桥梁 设计行业需求传统及发展趋势，参考国外先进标准（如ASTM A709-2015、EN 10025： 2004等）， 确定了本标准涉及的桥梁用钢强度级别、适用环境以及必须的配套钢铁材料，使本标准能够满足 新型耐候钢桥梁的设计和建造要求，以推动我国桥梁设计制造行业及钢铁冶金行业的技术进步， 为我国企业加入国际市场竞争创造更有利的条件1.2 编制单位中交公路规划设计院有限公司负责中国公路学会团体标准《公路桥梁用耐候钢技术指南》的 编制工作，主要参加单位有：鞍钢股份有限公司、武汉钢铁有限公司、中国科学院金属研究所、 哈尔滨焊接院有限公司、上海振华重工（集团）股份有限公司、成都市新筑路桥机械股份有限公 司等1.3 标准编制的主要工作过程及计划1 项目组于2017年7月组织申报标准项目，并进行了起草标准的情况调研、问题分析等准 备工作2 2017年10月通过了中国公路学会组织的标准大纲评审，并与中国公路学会签订了标准制 修订合同3 2018年5月在鞍钢股份有限公司进行了标准技术研讨会，会上根据中国公路学会标准专 家组的意见，相应对标准草案进行了修改完善，基本形成标准征求意见稿。

4 计划于2018年四季度完成标准征求意见稿，发出国内征求意见5 计划于2019年二季度召开标准讨论会，完成标准送审稿6 计划于2019年二季度完成审定稿，报公路学会7 划于2019年三季度完成报批稿，报公路学会2 本标准的制订原则和标准主要技术特点2.1 标准的制定原则1 采纳国内外先进冶金技术成果，借鉴国内外先进标准的原则2 满足桥梁设计制造领域需求的原则以达到“科学、合理、先进、实用”之目的3 实现产品系列化的原则4 与现行国家标准主流体系协调一致的原则2.2 本标准的主要技术特点：1 按照大气环境中腐蚀因子氯离子、二氧化硫的沉积率水平，将适合采用耐候钢的大气环境 分为城乡大气环境（包括乡村大气和城市大气区域）、工业大气环境和海洋大气环境三大类，并 设置了相应的适用钢种由于合金元素在不同环境中所起的作用不同，因此不同环境应用的耐大 气腐蚀钢的化学成分有所不同，分别规定了其化学成分2 在强度级别设置上，根据目前公路钢结构桥梁设计需求及未来发展方向，选定 Q345q、 Q420q、Q500q和Q690q四种钢级，没有完全照搬GB/T714及国外标准的强度序列设置在对低 温冲击功的要求上，完全采取了 GB/T714-2015中的规定，仍然处于世界同类标准中的引领者。

3在质量等级方面，设置D、E、F三级，并未列入较常用的C级，这是因为不同质量等级对 应着钢中有害元素P、S和N不同的含量水平，如果仅仅为了满足冲击韧性要求，C级钢中的有 害元素含量可以大大放宽，但是这将会给钢种的耐大气腐蚀性能带来显著不利影响4在交货状态设置上，以先进的热机械轧制（TMCP）工艺作为主流，以低碳含量、微合金化 与控轧控冷工艺结合的技术路线，保证生产的桥梁用钢具备高强度、高韧性、高焊接性能及优异 的耐大气腐蚀性能对特殊的级别，也允许采用调质状态或正火状态交货5 采用耐候钢的免涂装桥梁一般设计使用寿命一百年，所以主要技术指标及化学成分的确定 要体现桥梁专用耐候钢要求3 标准中主要技术内容确定的依据3.1 术语定义根据GB/T15957-1995《大气环境腐蚀性分类》，大气环境分为：乡村大气环境：内陆乡村地区和没有明显腐蚀剂污染的小城镇空气清洁，基本上没有工业 介质或盐雾污染城市大气环境：没有聚集工业的人口稠密区、存在少量污染的地区轻微地被工业性介质所 污染工业大气环境：局部或地区性的工业污染物污染的环境工业聚集区的环境大气海洋大气环境：近海和海滨地区以及海面上的大气，不包括飞溅区。

在本指南中，鉴于乡村大气环境和城市大气环境的腐蚀因子相差不大，可以用同一种耐候钢， 因此二者合并称为城乡大气环境在IS09223-2012中对大气类型及腐蚀因子进行了较为详细的区分（如表1、表2、表3）表1 IS09223-2012中由二氧化硫造成的污染分级:Deposition rate of SO2mg/(m2

「旱寒冷地区、极低的污染和润湿时间的大气环境，如特 定的沙漠、北极、南极C2低低频凝结、诋污染的常温室内场地，如仓 库、体育场温带、低污染物浓度(SO3^5uS/rn3)的大气环境，如乡村、F旱寒冷地区、润湿时间短的大气环境，如沙漠、亚北极区C3中产品生产过程中产生中频凝结和中度污染 的场地，如食品加工厂、洗衣房、啤洒厂、 乳制品厂*温带、中等污染物浓度<5l>g/m: ^SO^SOug/m3)或低 盐度的大气环境，如城市、低盐度海滨地X亚热带和热带地区、低污染的大气环境❾C4高产品生产过程中产生高频凝结和重度污染 的场地，如工业加工厂、游泳池温带、髙污染物浓度(30Ug/m^ S02 ^90pg/m3)或高 盐度的大气环境，如污染较重的城市、工业区、中等盐度 海淇地区或暴露于除冰盐的区域.亚热带和热带地区、中度污染的大气环境C5很高产品生产过程中产生极高频凝结和重度污 染的场地，如矿井.工业洞穴、亚热带和 热带地区不通凤工作间*温带和亚热带、极高污染物浓度(90卩訝m'WSQW箔0 Pg/V)或极高盐度的大气环境，如工业区、海滨地区、 沿海遮蔽处*ex极端产品生产过程中产生持续凝结或长期暴露 于高湿环境和重度污染的场地，如湿热带 地区室外有污染物进入的不適风工作间。

亚热带和热带(非常高的润湿时间)、极高污染物浓度 (250 p g/m3 W S02)和扱高盐度的大气环境，如极端工业区、 海滨和近海地区、偶尔接触盐雾"根据ISO9223-2012，对本指南中的三种大气的腐蚀因子进行了界定:城乡大气环境大气腐蚀因子特征：年均氯离子沉积率小于等于0.03mdd；年均SO2沉积率小 于等于0.24mdd工业大气环境大气腐蚀因子特征：年均氯离子沉积率小于等于0.03mdd；年均SO?沉积率大 于0.24mdd、小于等于2.2mdd海洋大气环境大气腐蚀因子特征：年均氯离子沉积率大于0.03 mdd、小于等于0.6mdd，包 括同时存在年均SO沉积率大于0.24mdd、小于等于2.0mdd的海洋工业大气区域2耐大气腐蚀钢：采用GB/T 4171-2008《耐候结构钢》，3.1的定义3.2 订货内容本标准采用GB/T714-2015版标准的规定3.3 耐候钢板及型钢3. 3. 1关于尺寸、外形、重量及允许偏差本标准采用GB/T714-2015版标准的规定3.3.2钢的牌号和化学成分3. 3.2. 1钢的牌号本标准在延用GB/T714-2015版标准规定的基础上，对于城乡大气环境和工业大气环境用钢， 在牌号的尾部分别增加了适用环境标识符号C （表示城乡）、G （表示工业）予以区分。

对于海洋 大气环境用钢，则以“耐海洋”三字拼音字头NHY作为标识本标准规定的钢牌号分类为：——按钢级分为： Q345q、Q420q、Q500q、Q690q——按质量级别分为：D、E、F——按适用环境分为：NHC、NHG、NHY3.3.2.2化学成分1对于城乡大气环境用345-500级别钢，在GB/T714-2015版标准规定的基础上，适当增加 了 Mn、Ni元素的上限，以便于型钢及F级钢的生产690级别及工业大气环境用钢、海洋大气 环境用钢的成分则分别来源于正在进行的国家十三五重大专项及企业内部课题研究结果2P、S、N、H、B元素还是作为有害元素加以控制除了 S元素加严外，其余与GB/T714-2015规定一致对比如下表4、表5：表4本指南规定钢中磷、硫、硼、氢、氮含量控制要求质量等级化学成分a （质量分数）/%PSBHN不大于D0.0250.0100.00050.00020.0080E0.0200.010F0.0150.005a钢中残余元素B、H供方能保证时，可不进行分析；b当向钢中主动添加元素B时，全部B应不大于0.0025%，且进行分析并填入质量证明书中表5 GB/T714-2015规定钢中磷、硫、硼、氢、氮含量控制要求质蜃尊毂牝孕成介｛鬧金井藏打％PSHg不太于C0,0300^25(W0 5O.tMO 2Da .0250.020^E0.0300.010F0+0150,006°钢中寇余元赢粧方翳歸便肘.可不班行分析.b闊屋宙中裁加元最B时，不壁此限制■且进行好析井填入质肚证明书中. 匕QWQ斥以上罐别S書站不先于0.们5%.国内外标准化学成分对比见表6,机械性能对比见表7。

3.3.3冶炼方法炉外精炼方法多种，以满足产品成分、性能及实物质量要求为准本标准规定H元素含量， 要采用真空脱气等炉外精炼方法，同时要采用Ca处理等方法3.3.4交货状态交货状态的不同，与钢材钢级、质量等级、厚度等直接相关，是生产工艺路线的反映，也是 在满足质量设计要求的前提下，生产成本优化的体现符合建设节约型社会的要求本指南规定 以TMCP（热机械轧制）为主，同时对于高强度级别可以辅以回火、正火、调质等工艺化学成分（质量分数），%标准号牌号CSiMnCuCrNiMoNbVTiQ345qNHCw0.110.050.500.250.400.30w0.10w0.10w0.10w0.030.551.700.550.700.65本标准w0.051.100.250.400.30wwwwQ420qNHC0.110.551.800.550.700.800.200.100.100.03Q500qNHCw0.110.051.100.250.400.30w0.25w0.10w0.10w0.030.551.800.550.701.10Q345qNHw0.110.150.500.250.400.30w0.100.010.010.0060.551.500.500.700.400.100.100.030w0.110.150.500.250.400.30w0.200.010.010.006GB/T 714-2015Q420qNH0.551.500.500.700.400.100.100.030Q500qNHw0.110.150.500.250.450.30w0.250.010.010.0060.551.500.500.700.450.100.100.030ASTM A709-11HPS345Ww0.30〜1.10〜1.350.25〜0.45〜0.25〜0.02〜0. 04〜厚度大十65——HPS485W0.110.501.10〜1.500.400.700.400.080.08JISSBHS500Ww0.15〜w2.00.30〜0.45〜0. 05〜G3140-20080.110.550.500.750.30JISSMA490Ww0.15〜w1.40.30〜0.45〜0. 05〜G3114-2008SMA570W0.180.650.500.750.30S355J0Www0.500.25wwBS EN 10025-5：S355J2W0.40〜0.015〜0.02〜0.02〜20040.160.501.500.550.800.650.300.0600.120.10S355K2W标准号牌号化学成分（质量分数），%CSiMnCuCrNiMoNbVTi本标准Q690qNHCW0.110.050.551.101.800.251.200.401.000.401.20W0.60W0.10W0.10W0.03ASTM A709T1HP690WW0.080.15〜0.350.95〜1.500. 90〜1.200.40〜0.650.65〜0.900.40〜0.650.01〜0.030. 04〜0.08JISG3140-2008SBHS700WW0.110.15〜0.55W2.00.30〜1.500.45〜1.200. 05〜2.00W0.60W0.05表7 国内外耐候钢机械性能对比表标准牌号质量等级交货状态本标准Q345qD、E、F热轧 正火 正火轧制 热机械轧制GB/T714-2008Q345qC、D、EASTM A709-11345――345S――345WHPS345W――上屈服强度R MPaeH,厚度W50mm厚度W100mm抗拉强度 R MPam.345335345335345345拉伸试验不小于490490450345〜450345〜450450345345485屈强比%0.80型钢0.85或腰部试样的0.87标准牌号质量等级交货状态拉伸试验上屈服强度R MPa抗拉强度 R MPam,屈强比%eH,厚度W50mm厚度W100mm不小于355 厚W16335 厚W63EN 10025-3：S355N―470〜630345 厚W40325 厚W802004S355NL热轧 正火 正火轧制315 厚 W1002470—630^40EN 10025-4：S345M355 厚W16335 厚W63450—610^632004S345ML345 厚W40325 厚 W100440〜600W热机械轧100本标准Q420qD、E、F制4204105500.75GB/TQ420qD、E、F420410540714-2008EN 10025-3：S420N420 厚W16390 厚W63370 厚W80520〜6802004S420NL正火400 厚W40360 厚 W100390 厚W63520—680^40正火轧制EN 10025-4：S420M热机械轧制420 厚W16500—660^632004S420ML—380 厚W80480〜640W80—400 厚W40370 厚W100470〜630W100本标准Q500qD、E、F热机械轧制5004806100.80GB/TQ500qD、E、F调质500480600 714-2008EN 10025-6：S500Q调质2004 (2009)S500QLS500QL1500480590〜770标准牌号质量等级交货状态上屈服强度R MPaeH,厚度W50mm厚度W100mm抗拉强度 R MPam,拉伸试验屈强比%不小于本标准Q690qD、E、FGB/T714-2008Q690qD、E热机械轧制调质6906507700.85690650770ASTM A709-11HPS 690W690厚度W65620厚度W100760—895^65690〜895W100116EN 10025-6：2004 (2009)S690QS690QLS690QL1调质690650770—940^50760〜930W1003.3.5力学性能3.3.5.1拉伸性能屈服强度选用下屈服强度ReL,厚度效应采用GB/T714-2015版标准规定一按照厚度50mm分 档，最大厚度规定为100mm。

抗拉强度与伸长率采用GB/T714-2015版标准规定3.3.5.2冲击吸收能量值冲击吸收能量值120J，与GB/T714-2015版标准规定一致该规定在国内、外标准中是最高 的，主要是为了保证焊接后热影响区的低温韧性能够满足我国桥梁设计规范常见的三47J的要 求但是考虑到生产难度及焊接后韧性下降随板厚变化规律，对于厚度16mm以下，冲击吸收能 量值允许不低于100J3.3.6其它表面质量、无损检测、试验方法等本标准与GB/T 714-2015保持基本一致3.4 耐候钢焊接材料3.4.1焊接材料类别耐候钢焊接材料类别主要考虑到公路桥梁生产所采用的焊接方法一般为焊条电弧焊、埋弧 焊、气体保护焊，确定耐候钢焊接材料类别为焊条、气体保护焊实心焊丝、气体保护焊药心焊丝、 埋弧焊实心焊丝/焊剂、埋弧焊药芯焊丝/焊剂同时考虑与耐候钢板等强度匹配的原则，确定了 四个强度级别的焊接材料3.4.2焊接材料型号既符合焊接材料型号规定的一般原则，如按熔敷金属力学性能划分，又体现了耐候钢焊接材 料的特征，如按城乡大气环境（NHC）、工业大气环境用焊接材料（NHG）、海洋大气环境用焊接材 料（NHH ）进行划分，并在焊材型号上规定应注明使用环境。

对于埋弧焊焊接材料，标准中规定 了埋弧焊丝的型号，埋弧焊丝/焊剂组合型号可参见GB/T 5293标准规定执行3.4.3熔敷金属化学成分除了考虑满足基本力学性能外，还重点考虑耐候钢板成分设计、使用环境等，对硫、磷含量 的控制达到表5-1中E级耐候钢板的水平3.4.4熔敷金属力学性能编制原则即尽可能达到耐候钢板的性能指标，但一般来说由于热加工过程的较大差异，焊接 材料熔敷金属(包括焊缝、热影响区)冲击性能要低于母材表5-6中，规定了厚度W16mm的 耐候钢板(-20°C, -40°C, -60°C)韧性大于 100J,厚度＞16mm 的耐候钢板(-20°C, -40°C, -60°C) 韧性大于120J,而在一般的焊接材料标准中，低温韧性规定大于27J,远低于本标准中耐候钢板 的韧性指标,同时韧性的好坏也与强度级别有关综合考虑与母材韧性匹配、强度级别及已有试 验数据等因素，规定焊接材料熔敷金属(-40C)韧性大于100J, Q690q配套焊材熔敷金属(-40C) 韧性大于47J；焊接材料熔敷金属(-60C )韧性大于47J, Q690q配套焊材熔敷金属(-60C) 韧性大于27J焊接材料熔敷金属强度指标符合表5-6母材技术条件。

3.4.5熔敷金属扩散氢含量GB/T 5117《非合金钢及细晶粒钢焊条》、GB/T 8110《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢 焊丝》和GB/T12493《低合金钢药芯焊丝》均规定了熔敷金属扩散氢含量的3个等级，即H15W 15mL/100g, H10W10mL/100g, H5W5mL/100g； GB/T 5293《埋弧焊用非合金钢及细晶粒钢实心 焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合分类要求》中对熔敷金属扩散氢含量规定了 5个等级，即H15 W15mL/100g, H10W10mL/100g, H5W5mL/100g, H4W4mL/100g , H2W2mL/100g不同类型的焊 接材料熔敷金属扩散氢水平差异很大,如气体保护焊实心焊丝熔敷金属扩散氢含量可以达到 5mL/100g以下，而气体保护焊药芯焊丝扩散氢含量一般要高于5mL/100g参照相关标准规定及 实际测试数据，本标准规定熔敷金属扩散氢含量如下：焊条W10mL/100g,气体保护焊实心焊丝 W5mL/100g,埋弧焊实心焊丝-焊剂W5mL/100g,气体保护焊药心焊丝W10mL/100g,埋弧焊药芯 焊丝-焊剂W10mL/100g。

3.4.6试验取证本标准规定的焊接材料技术要求符合公路桥梁用耐候钢使用需求,部分内容经过了一定的试 验验证从标准中看,焊条、气保护实心焊丝、气保护药芯焊丝、埋弧焊实心焊丝/焊剂、埋弧 焊药芯焊丝/焊剂等相关规定是可行的对于气保护药芯焊丝和埋弧焊药芯焊丝/焊剂,在满足屈 服强度级别Q500q和Q690q耐候钢板上无技术和试验依据支撑，暂不列入3.5 耐候性桥梁构件用钢本标准针对在大气腐蚀环境中的耐候性桥梁构件用钢,根据其钢材种类和使用环境的的不 同,将其进行了分类并且将上述钢材做出了化学成分以及力学性能上的规定,给出了冶炼、铸 造和锻造、热处理、质量要求、缺陷修复、无损检测和表面质量要求等内容4 标准的宣贯工作为使本指南能够顺利实施,加强标准宣贯工作是必不可少的,宣贯工作应注重如下几个方面4.1 制定本指南的技术背景；4.2 本指南的适用范围；4.3 本指南的主要技术特点；4.4 本指南与其它同类标准的技术差异；4.5 实施本指南在生产和使用中的注意事项《公路桥梁用耐候钢技术指南》标准编制组2018年8月。