中國冶金報 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 羅忠河 報道
新中國成立75年來，我國橋梁建設取得了舉世矚目的偉大成就，已完成了從追趕先進到領跑世界的精彩變身，進入了世界橋梁建設強國的行列。新中國橋梁鋼的發(fā)展與新中國橋梁建設緊密相聯(lián)、相互成就，橋梁建設推動了橋梁鋼發(fā)展，橋梁鋼發(fā)展又支撐了橋梁建設，如今已攜手領跑世界。新中國成立75年來，我國橋梁鋼經(jīng)歷了從低碳鋼到低合金鋼再到高強度鋼的發(fā)展過程，從最初依靠進口到只能生產(chǎn)16Mnq鋼，再到現(xiàn)在實現(xiàn)世界最高等級橋梁鋼Q690qE的成功應用，已躋身國際先進行列。
可以說，每一座大橋的背后，都離不開鋼鐵的有力支撐。正如中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會黨委書記、執(zhí)行會長何文波所說：“在這個世界上，一切有力量、有高度的現(xiàn)代建筑和人工物體，無一不是鋼鐵的杰作。是鋼鐵支撐起這個世界，也是鋼鐵改變了這個世界?！敝袊撝χ袊鴺虺删土艘豁楉検澜缰?，世界最長的跨海大橋港珠澳大橋、世界最大跨徑拱橋天峨龍灘特大橋、世界最大跨度的斜拉橋常泰長江大橋、世界最大跨徑全離岸海中鋼箱梁懸索橋深中大橋、國內(nèi)聯(lián)長最長波形鋼腹板梁式橋昭君黃河特大橋……
一座座橋梁跨越江河湖海，連通深山峽谷，造型各異，已成為各地的地標性建筑，打造出一張張亮麗的中國名片。
大江奔涌千帆競，長虹飛架起宏圖。新中國成立75年來，我國橋梁建設用鋼大致經(jīng)歷了7個發(fā)展階段。
我國第一代橋梁鋼：
武漢長江大橋采用由蘇聯(lián)進口的A3q橋梁鋼
武漢長江大橋
1957年10月15日建成通車的武漢長江大橋是新中國成立后在蘇聯(lián)專家參與下建成的第一座公鐵兩用大橋，不僅結(jié)束了數(shù)千年來長江天塹有舟無橋的歷史，被稱為萬里長江第一橋，還實現(xiàn)了京廣鐵路南北大動脈的貫通，成為“新中國建橋史上第一座里程碑”。
新中國成立之初，百廢待興。1950年春，中央人民政府正式做出修建武漢長江大橋的決定。1953年4月，周恩來總理批準成立武漢長江大橋工程局。1955年9月1日，武漢長江大橋正式開工。1956年6月，毛澤東主席到湖北調(diào)研，看到大橋雛形初現(xiàn)時深有觸動，創(chuàng)作了著名詩篇《水調(diào)歌頭·游泳》， 其中的 “一橋飛架南北，天塹變通途”名句更是廣為傳誦。武漢長江大橋總長1670.4米，其中正橋8墩9垮，長1155.5米，每孔橋跨為128米。
武漢長江大橋為鉚接結(jié)構(gòu)，鋼梁全部采用從蘇聯(lián)進口的A3q鋼（Q235碳素鋼）建造。A3q鋼的屈服強度≥240兆帕，抗拉強度≥380兆帕。據(jù)了解，大橋采用了24805噸鋼梁、百萬顆鉚釘，每一根米字形鋼梁的立柱有16噸，4個斜桿每個有9噸，鋼梁下懸重36噸、上懸重35噸。大橋可抵御8萬立方米流量、3米流速的洪水，可抗8級以下地震和強力沖撞。A3q鋼也被稱為新中國第一代橋梁建設用鋼。
我國第二代橋梁鋼：
鞍鋼為南京長江大橋研制的“爭氣鋼”——16Mnq橋梁鋼
南京長江大橋
南京長江大橋是第一座由中國自行設計和建造的雙層式公鐵兩用大橋，是新中國建橋史上的第二座里程碑。鐵路橋全長6772米，公路橋全長4589米，由正橋、南北橋頭堡和南北引橋組成。其中，正橋9墩10跨，長1576米，最大跨度為160米。
1960年1月，南京長江大橋開工建設。1968年9月30日，南京城萬人空巷，5萬多名軍民齊聚長江兩岸，汽笛聲響，一列7節(jié)車廂的火車從大橋上平穩(wěn)駛過，南京長江大橋鐵路橋正式通車。同年12月29日，公路橋正式通車。至此，南京長江大橋全面建成通車。
南京長江大橋剛上馬，就遇到了嚴重的困難。當時，中國還沒有技術能力生產(chǎn)符合要求的鋼材，國外企業(yè)也不愿提供。1961年下半年，國務院決定大橋鋼梁所用鋼材不再進口，采用國產(chǎn)同等性能的鋼材替代，做到“用自己的鋼，建自己的橋”?！颁撹F長子”鞍山鋼鐵便挑起了此重擔，在一無經(jīng)驗、二無技術資料的情況下，憑著艱苦奮斗的精神，鞍鋼人研制生產(chǎn)出了16Mnq橋梁鋼（Q345q鋼），助力建成了這座舉世矚目的“爭氣橋”，這批鋼材也因此被稱為“爭氣鋼”。
據(jù)悉，16Mnq橋梁鋼具有良好的綜合力學性能、焊接性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及可切削性均好，和A3q鋼相比，成分上僅多了一點錳，在具有與A3q鋼同樣好的塑性和焊接性的同時，屈服強度提高了50%左右，其屈服強度≥345兆帕，抗拉強度≥520兆帕。鞍鋼生產(chǎn)的16Mnq高強度橋梁板填補了國內(nèi)空白，1964年獲得了國家新產(chǎn)品一等獎, 被稱為新中國第二代橋梁建設用鋼。
我國第三代橋梁鋼：
鞍鋼等為九江長江大橋研發(fā)的15MnVNq橋梁鋼
九江長江大橋
九江長江大橋為雙層雙線公鐵兩用橋，公路橋長4460米，鐵路橋長7675米，其中正橋10墩11垮，長1806米，最大跨度達216米，被稱為“新中國建橋史上的第三座里程碑”，先后獲得國家優(yōu)質(zhì)工程魯班獎和國家科技進步獎一等獎。
九江長江大橋建設一波三折，從開工到建成歷時20年之久，是我國建設時間最長的大橋。九江長江大橋最早于1959年就進行過方案設計和比選，1960年因國民經(jīng)濟調(diào)整而擱置。歷時10年之后，九江長江大橋被列為戰(zhàn)備工程，其勘察規(guī)劃再次提上日程，周恩來總理對大橋建設專門做了指示。1972年6月2日，交通部下達《九江長江大橋新建工程設計任務書》。1973年12月26日，九江長江大橋正式開工。1979年底，九江長江大橋正橋10個墩臺施工完成后因經(jīng)濟整頓而緩建，1987年4月4日國家發(fā)文決定恢復大橋建設。1993年1月16日，九江長江大橋公路橋通車；1995年6月1日，鐵路橋正式開通運營。
在建設期間，鞍鋼為九江長江大橋研發(fā)生產(chǎn)出我國第三代橋梁建設用鋼——15MnVNq鋼（Q420qE鋼），供應2萬噸15MnVNq鋼（武鋼供應1萬多噸16Mnq鋼），填補了我國大跨度栓焊鋼橋用優(yōu)質(zhì)高強度鋼的空白。鋼板最大厚度為56毫米，超過了當時國際鐵路鋼橋的規(guī)定，對焊接質(zhì)量要求高，焊接難度大。為此，大橋采用了栓焊工藝，使鉚接工藝從此退出了我國鐵路鋼橋建設的歷史舞臺。該鋼種與16Mnq鋼相比，雖然強度顯著提高，屈服強度≥420兆帕，抗拉強度≥540兆帕，但采用加釩提高強度的方法，導致鋼板低溫韌性和焊接性較差，后來未得到推廣應用。
我國第四代橋梁鋼：
武鋼為蕪湖長江大橋研發(fā)的14MnNbq橋梁鋼
蕪湖長江大橋
蕪湖長江大橋是當時亞洲最大的公鐵兩用橋，被稱為“新中國建橋史上的第四座里程碑”。1997年3月22日，蕪湖長江大橋動工興建， 2000年9月30日通車運營。蕪湖長江大橋公路橋長6078.4米，鐵路橋長10624.4米，其中正橋全長2193米，采用了主跨為180米+312米+180米的矮塔斜拉橋。
為解決15MnVNq鋼板低溫韌性和焊接性較差的問題，1997年，武鋼和武漢大橋局合作聯(lián)合為蕪湖長江大橋研發(fā)出了第四代橋梁鋼，即大跨度鐵路橋梁用鋼14MnNbq（Q370qE鋼），用在主跨為312米的鋼梁上。14MnNbq鋼在16Mnq鋼基礎上采用降碳加鈮微合金化技術研發(fā)，其屈服強度≥370兆帕，抗拉強度≥530兆帕，具有強度適中、板厚效應不明顯、可焊性好、韌性及抗裂性好等特點。該鋼種成為中國橋梁鋼向高強高韌、抗斷抗疲勞以及易焊接等高性能化方向發(fā)展的一個劃時代品種，從此鈮微合金化也根植于這一體系化發(fā)展之中。武鋼一次拿到4.6萬噸鋼材共16億元的訂單。與用進口材料相比，大橋主體用14MnNbq鋼可節(jié)約材料費1億元。
我國第五代橋梁鋼：
武鋼為南京大勝關長江大橋研發(fā)的Q420qE橋梁鋼
南京大勝關長江大橋
南京大勝關長江大橋是京滬高速鐵路的控制性工程之一，是世界上首座六線鐵路大橋，也是世界上跨度最大、世界上設計荷載最大的高速鐵路橋，被稱為“新中國建橋史上的第五座里程碑”。南京大勝關長江大橋全長9273米，其中主橋長1615米，主跨為336米，跨度布置為108米+192米+336米+336米+192米+108米。
2006年9月14日，南京大勝關長江大橋正式開工建設。2011年1月11日，南京大勝關長江大橋滬漢蓉快速客運通道雙線正式運營，標志著南京大勝關長江大橋正式投用。2011年6月30日，南京大勝關長江大橋京滬高速鐵路雙線正式運營。2017年12月6日，位于大橋兩側(cè)的南京捷運S3號線正式運營，標志著南京大勝關長江大橋六線全部投用。
南京大勝關長江大橋首次采用了武鋼開發(fā)、在湘鋼軋制的Q420qE（WNQ570）控溫控軋高強度橋梁鋼，是世界上設計速度最快、跨度最大的鋼桁拱橋，是我國高速鐵路橋梁建設的里程碑，Q420qE也被稱為我國第五代橋梁鋼。該鋼采用國際上最新的HPS（采用低碳及合金化成分設計，利用控軋控冷+回火工藝開發(fā)高性能的耐腐蝕橋梁鋼）設計理念，具有更高的強度、更好的韌性、較低的屈強比和優(yōu)異的焊接性，其主要特點是板厚效應降低、焊縫強度和韌性提高、耐腐蝕能力增強。
我國第六代橋梁鋼：
鞍鋼、武鋼等為滬蘇通長江公鐵大橋研發(fā)的Q500qE橋梁鋼
滬蘇通長江公鐵大橋
2014年3月1日，滬蘇通長江公鐵大橋（原名為滬通長江大橋）正式開工建設，于2020年7月1日正式通車。滬蘇通長江公鐵大橋是高速公路、客貨混線鐵路、高速鐵路的“三合一”過江通道，是全國“八縱八橫”高鐵網(wǎng)中沿海鐵路大通道的咽喉工程。大橋全長11.072千米（其中公鐵合建橋梁長6989米），由主航道橋、天生港航道橋、橫港沙水域橋、跨長江大堤橋梁、兩岸引橋組成，采用主跨1092米的雙塔三索面鋼桁梁斜拉橋結(jié)構(gòu)。該大橋不僅是目前世界上主塔最高（達到330米）的公鐵兩用斜拉橋，也是中國自主設計建造、世界上首座跨度超過1000米的公鐵兩用斜拉橋，被譽為“新中國建橋史上的第六座里程碑”。
滬蘇通長江大橋的主跨超過1000米，因此對橋梁鋼提出了更高的要求。2014年，鞍鋼和武鋼等為大橋研發(fā)試制出了第六代橋梁鋼——Q500qE鋼，后來成功應用于滬通長江大橋的關鍵受力部位。其中，鞍鋼供應1.2萬噸Q500qE橋梁鋼（還有近4萬噸Q420qE、Q370qE橋梁鋼），武鋼供應了1.8萬噸Q500qE橋梁鋼。此外，沙鋼、南鋼、湘鋼、河鋼舞鋼等鋼企也供應了不同等級的高強度橋梁鋼。Q500qE橋梁鋼具有高強度、高韌性、高止裂性的“三高”性能，意味著每平方米鋼梁能承受的最大力為5000噸，相當于約2500輛轎車的重量。與Q345qE、Q370qE相比，在荷載相同的情況下，Q500qE鋼板的使用厚度可以減少大約一半，工程用鋼量降低，同時可以大大減輕橋的自重。其高止裂性可以有效防止橋梁鋼板起裂源或破壞點所產(chǎn)生的脆性斷裂擴大，能夠快速止裂。
值得一提的是，在川藏鐵路大渡河特大橋項目中，Q500q橋梁鋼的應用最大厚度遠超現(xiàn)有橋梁鋼標準里的64毫米最大厚度范圍。為攻克這一世界性難題，沙鋼研發(fā)團隊先后20余次調(diào)整軋制方案，最終不僅完成了64毫米的“極限挑戰(zhàn)”，還成功實現(xiàn)96毫米厚高性能Q500q橋梁鋼全球首發(fā)。
我國第七代橋梁鋼：
寶鋼股份武鋼有限為漢江灣橋研發(fā)的Q690qE橋梁鋼
漢江灣橋
2017年9月29日，漢江灣橋（原名為武漢江漢七橋）啟動建設，于當年12月動工建設，于2021年5月1日建成通車。漢江灣橋全長2754米，其中主橋長672米，主跨為408米，為三跨（132米+408米+132米）連續(xù)鋼桁系桿拱橋，橋面標準設計寬度為47米，是目前漢江上最寬和跨度最大的橋梁。該橋從漢江上“一跨而過”，中間不再設橋墩，這是我國橋梁鋼研發(fā)史上的一次新跨越，被譽為“新中國建橋史上的第七座里程碑”。
寶鋼股份武鋼有限為漢江灣橋研發(fā)的我國第七代高性能橋梁鋼Q690qE，是國家“十三五”重點科研項目成果，被譽為中國橋梁鋼“皇冠上的明珠”，是目前國際上橋梁應用的最高級別。相比Q500qE鋼，其屈服強度級別由500兆帕大幅提升到690兆帕，屈強比、焊接性、低溫韌性等關鍵技術指標均優(yōu)于國際標準，能夠極大增加橋梁主跨長度、降低橋梁主體自重。據(jù)了解，在同等條件下，采用第七代橋梁鋼的橋梁將比采用第六代橋梁鋼的橋梁自重輕15%~20%，能夠大大降低施工難度和材料使用量。在國際上，這種高性能橋梁鋼技術主要由日本、美國掌握，漢江灣橋首次應用Q690qE橋梁鋼使我國橋梁鋼追趕上了世界領先水平。
