价廉物美的耐候钢
耐候钢，即耐大气腐蚀钢。它是介于普通钢和不锈钢之间的一种低合金钢。 耐候钢靠自身产生的致密锈层防止基体被外界环境进一步侵蚀，从而达到自然的保护。
探寻耐候钢耐大气腐蚀的原理，是由于钢中加入磷、铜、铬、镍等微量元素后，使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度。在锈层和基体之间形成的约50μm～100μm厚的非晶态尖晶石型氧化物层致密且与基体金属黏附性好，由于这层致密氧化物膜的存在，阻止了大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力。由于耐候钢是一种可以减薄使用、裸露使用或简化涂装，从而使制品抗蚀延寿、省工降耗、升级换代的钢系，因此 ，其也是一个可融入现代冶金新机制、新技术、新工艺而使其持续发展和创新的钢系。
与普碳钢相比，耐候钢在大气中具有更优良的抗蚀性能。与不锈钢相比，耐候钢只有微量的合金元素，诸如磷、铜、铬、镍、钼、铌、钒、钛等，合金元素总量仅占百分之几，而不像不锈钢那样，达到百分之十几，因此价格较为低廉。
建桥优势 难以替代
从2012年至今是，我国推进桥梁钢绿色化发展的新阶段。在这一阶段，最具代表性的钢种是耐候桥梁钢。可以说，耐候桥梁钢的发展与应用，开启了中国桥梁钢发展的新篇章。
为什么会如此高度评价？皆因在桥梁建造领域，解决金属材料腐蚀问题迫在眉睫；据工业发达国家统计，每年由于钢结构腐蚀造成的经济损失，占GDP的2%~4%，全世界每年钢结构腐蚀造成的经济损失高达数万亿美元。在所有腐蚀造成的损失中，大气腐蚀造成的损失约占50%。耐候钢的出现，很大程度上解决了钢材的腐蚀问题。研究表明，从快速建造、全寿命周期成本和环境保护诸多因素考虑，将耐候钢用于桥梁建设可以得到很大的收益。
耐候钢因其独特的优点，因而在桥梁应用中具有以下优势：
一是内部性能优势：许多桥梁的设计紧贴水面，有的桥梁甚至跨海大桥，不管是海水还是河水，都或多或少会发生涨潮现象，淹没在桥面上，这对桥梁的材料要求很高，使用普通钢材很快就会生锈，然而耐候钢板在桥梁工程中的应用，则可以有效减少这种腐蚀现象。
二是美观：耐候钢板使用一段时间后，其锈层会发生自然钝化。这种铁锈腐蚀的颜色会随着时间的推移而变化，最终呈现深咖啡色。在很多建筑物的设计中加入这种颜色元素，可以达到厚重的效果。桥梁工程使用耐候钢板，无形中给桥增加了厚重的质感，且与环境和谐融合。
三是长寿：耐候性钢可以延长桥梁的寿命，保护基层材料不受腐蚀，这也是获得越来越多人认可的重要原因。
攻玉喜有他山石
耐候钢因其不朽之美，在美国、日本较早就被用于桥梁结构。并为桥梁建设带来减轻自重、节约维护成本、提高建造效率等优势，而且在这一过程中，耐候桥梁钢的性能得以不断提高，发展为高性能桥梁钢（High Performance Steels）。
耐候桥梁用钢因其具有初期成本低、全寿命成本低、建造速度快、对环境影响小、不产生影响工人健康与安全问题等优点，在国外得到了较为广泛的发展。到2020年，日本7%和美国45%的桥梁已经采用了耐蚀钢，实现了不涂装使用。从发展趋势来看，国外己将耐候钢逐渐当作一种普通钢种来广泛使用。除美国、日本外，加拿大、德国、英国及韩国等一些国家也先后开始研发并在桥梁工程中大量使用耐候钢。
从市场需求来看，目前国外采用耐候钢建造钢桥越来越多。据不完全统计，1993年美国的裸露耐候钢桥梁就已经达到23000座以上。日本从1968年开始涂装使用耐候钢桥梁，1976年开始裸露使用，到现在以桥梁为基数，2/3裸露使用，1/5锈层稳定化处理，涂漆使用仅仅1/10。从钢材用量来比较，美国与日本的耐候钢桥分别占全部钢桥的45%、15%。
新里程碑 驚艳世界
经国内冶金科技工作者不懈的努力，催生了一批具有重要示范意义的代表工程，把国内耐候钢桥的发展由涂装、半涂装推向免涂装的全新发展阶段，取得重要应用突破。
在这一发展过程中，新耸立起了三座崭新的国内高性能耐候钢桥建设里程碑：第一座是铁路桥——川藏铁路拉萨至林芝段（简称拉林铁路）的藏木雅鲁藏布江大桥；第二座是公路桥——北京官厅水库特大桥；第三座是国家“一带一路”示范工程--中俄跨境黑河—布拉格维申斯克黑龙江（阿穆尔河）公路大桥（以下简称黑河大桥）。
藏木雅鲁藏布江大桥，全长525.1米。它屹立于桑加大峡谷藏木水电站上游库区，横跨水深达66m的雅鲁藏布江，全长525.1m，两岸对接隧道。这座大桥创造了多项桥梁领域新纪录，代表着中国乃至世界同类型桥梁建设的最高水平。大桥主拱跨径430m，是世界上跨度最大的铁路钢管拱桥。主拱管径1.8m，在同类型桥梁中排名世界第一。
为应对高寒、大温差、强紫外线等高原环境，建设者提出了铁路高性能免涂装耐候钢成套技术，首次在国内铁路桥主体结构中采用免涂装耐候钢，使该桥100年内无需进行油漆防腐涂装，不仅减少了高原缺氧环境下钢结构养护维修工作量，避免了油漆涂装导致的环境污染问题，而且节约维护成本，延长桥梁使用寿命。
图一 中国著名桥梁钢专家中信金属公司副总经理兼总工程师郭爱民博士（左）和本文作者王厚昕博士在中国耐候钢桥第一座里程碑——西藏拉林藏木铁路耐候钢桥前留影。
首座免涂装耐候特大公路桥-官厅水库桥，处于北京一级水源保护区，为减少对水库的污染，免除后期重新涂装工作，采用了含Nb免涂装耐候桥梁钢Q345qENH，共计8700余吨。
官厅水库特大桥施工过程中采用以下新技术：
首先，是超耐候钢桥防腐涂装技术。主桥钢结构采用超耐候防腐涂装技术，提高主桥钢桁架耐候性能，最大程度地延长涂装体系寿命，减少桥梁全寿命期内重新涂装次数，降低钢桥涂装作业产生的各种污染。
图二 中国耐候钢桥第二座里程碑——首座免涂装耐候特大公路桥-官厅水库桥，处于北京一级水源保护区，为减少对水库的污染，免除后期重新涂装工作，采用了含Nb免涂
黑河大桥采用了鞍钢生产的4536吨Q420qFNH高韧高耐候桥梁钢，填补了F级耐候桥梁钢的应用的空白，把我国耐候桥梁的开发与应用推向了一个发展新高地。黑河大桥采用的Q420qFNH具有高强高韧高耐候特点，由中信金属公司汇同鞍钢并联合黑龙江省公路勘察设计院、中铁山桥等单位共同成立产业链项目组历时两年研制成功。
图三 中国耐候钢桥第三座里程碑——国家“一带一路”示范工程——中俄跨境黑河-布拉格维申斯克黑龙江公路大桥（黑河大桥）雄姿。
图四 国内桥梁钢专家在黑河大桥旁留影。
市场潜力巨大 国家已有规划
按美国耐候桥梁钢用量推测，如果中国桥梁用耐候钢达到美国水平，则具有年用量108-120万吨市场潜力。可见，耐候桥梁钢在我国具有巨大的市场潜力。
国内裸露使用的耐候钢桥发展势头强劲，但对耐候桥梁钢(涂装、不涂装)在设计与施工中所遇到的一些细节问题需要钢铁企业、桥梁设计部门、制造部门通力协作，进行周密而系统的研究。还须对正在服役的耐候性桥梁进行跟踪，了解其在使用中，所存在的问题。以期建立相应的企业或行业与国家标准，便于设计者选取，从而为耐候桥梁钢的应用奠定坚实的基础。
我国未来桥梁工程建设中将更多地以钢结构作为其主体结构形式的趋势，国家对桥梁工程建设也有鼓励政策。《国家中长期科学与技术发展规范纲要（2006—2020年）》指出：要重点研究开发“跨海湾通道、大型桥梁和隧道等高难度交通运输基础设施建设和养护关键技术及装备”；重点研究开发“城市综合交通、市政基础设施等综合功能提升技术”；《产业结构调整指导目录（2011年本）》亦将“城市基础设施、铁路、公路”列为鼓励发展行业，并特别鼓励发展“特大跨径桥梁修筑和养护维修技术应用”；而2016年交通运输部发文《关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》明确要求要加强方案比选，鼓励选用钢结构桥梁。为提升公路桥梁品质和耐久性，降低全寿命周期成本，要求环境条件适合的项目应推广使用耐候钢，提高结构抵抗自然环境腐蚀能力，降低养护成本。
相信在国家诸多鼓励政策的驱动和引导下，我国桥梁工程建设规模以及与其密切相关的桥梁用钢将呈持续发展趋势，应用耐候桥梁钢也必将是重要的发展之路。
（中信微合金化技术中心 王厚昕博士）
