摘 要：針對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)對(duì)高強(qiáng)度、抗腐蝕等能力的需求，應(yīng)用Q420qD鋼板構(gòu)建了橋梁主體結(jié)構(gòu)。使用低溫軋制（軋制工藝1）和高溫軋制（軋制工藝2）工藝軋制Q420qD鋼板，使用70 A、180 A、250 A、350 A電流焊接鋼板，測(cè)試兩種不同軋制工藝制備的試樣驗(yàn)樣品的力學(xué)性能，將各樣品分別置于鹽性和酸性2種溶液中測(cè)試耐腐蝕性能。結(jié)果顯示，使用軋制工藝2軋制的Q420qD鋼板在外力影響下的拉伸強(qiáng)度和延性更高，受沖擊后也不易發(fā)生變形。使用250 A電流焊接后制備的試驗(yàn)樣品經(jīng)鹽性和酸性液體腐蝕后拉伸強(qiáng)度降低更小，且該樣品能夠耐鹽腐蝕，但是耐酸性腐蝕效果較差。

關(guān)鍵詞：Q420qD鋼板；橋梁主體結(jié)構(gòu)；軋制工藝；焊接電流；耐腐蝕性

中圖分類號(hào)：TB333；TQ016 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2025）03-0169-04

Application and process optimization of Q420qD steel platein the main structure of bridge

ZHAO Xiaoyan 1 ，PI Saijuan 2

（1.Yunnan Hangdu Comprehensive Development Co.，Ltd.，Kunming 650211，China；2. Kunming National High-tech Industrial Development Zone State-owned Assets Management Co.，Ltd.，Kunming 650503，China）

Abstract：In view of the demand for high strength and corrosion resistance of the main structure of the bridge， themain structure of the bridge was constructed by using Q420qD steel plate. The Q420qD steel plate was rolled bylow-temperature rolling （rolling process 1） and high-temperature rolling（rolling process 2）process，and the steelplate was welded with 70 A，180 A，250 A and 350 A current，and the mechanical properties of the samples pre?pared by two different rolling processes were tested， and the corrosion resistance of each sample was tested in twosolutions of salt and acid. The results showed that the tensile strength and ductility of the Q420qD steel plate rolledby rolling process 2 were higher under the influence of external force，and it was not easy to deform after impact.The tensile strength of the test sample prepared by 250 A current welding was reduced less after being corroded bysalt and acid liquid，and the sample could resist salt corrosion， but the acid corrosion resistance effect was poor.

Key words：Q420qD steel plate；main structure of bridge；rolling process；welding current；corrosion resistance

Q420qD鋼板是一種高強(qiáng)度鋼材［1］ ，常用于橋梁主體結(jié)構(gòu)中以提高結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震性能［2-4］ 。

其優(yōu)異的力學(xué)性能和耐候性使其成為構(gòu)建耐久可靠的橋梁的理想選擇［5］ 。為明確Q420qD鋼板在橋梁主體結(jié)構(gòu)運(yùn)用中的力學(xué)性能，本文將對(duì)Q420qD鋼板在橋梁主體結(jié)構(gòu)中的運(yùn)用進(jìn)行詳細(xì)介紹，包括其性能特點(diǎn)、設(shè)計(jì)考慮、施工要點(diǎn)等，并且對(duì)其拉伸性能、屈服強(qiáng)度、抗壓性能、彎曲性能、沖擊韌性等方面進(jìn)行深入研究和試驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和比較，可以更清晰地了解Q420qD鋼板在橋梁主體結(jié)構(gòu)運(yùn)用中的承載能力、變形能力和耐久性能，為工程設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供可靠的技術(shù)支持和依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采用Q420qD鋼板（上海祥巨金屬制品有限公司），測(cè) 試 其 化 學(xué) 成 分 ，含 有 碳（質(zhì) 量 分 數(shù)為0.09%）、硅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.37%）、錳（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.47%）、磷（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.03%）、硫（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.005）、鋁（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.03%）、鈦（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%）及微量鈮、鉻。

所研究的Q420qD鋼板中碳元素含量較低，但是錳元素含量較高，而且同時(shí)少量添加鈮和鉻等微量元素，符合GB/T 714—2015《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 鋼板軋制

本文所研究的Q420qD鋼板應(yīng)用于橋梁主體之上，整體結(jié)構(gòu)較大，按照我國(guó)橋梁建設(shè)要求［6-8］ ，鋼板材料的體量較大，受到試驗(yàn)環(huán)境限制，等比例縮小鋼板大?。?-11］ 。

使用鑄坯軋制鋼板，軋制工藝：使用火焰加熱方式，1 000～2 000 ℃環(huán)境下加熱鑄坯。利用連續(xù)軋制機(jī)，將加熱后的鑄坯軋制成所需的形狀和尺寸。使用水冷方式幫助熱軋后的鋼板降溫。將冷卻后的鋼板裁剪成便于試驗(yàn)的300 mm×200 mm大小。軋制用各項(xiàng)工藝參數(shù)如表1所示。

1.2.2 鋼板焊接

焊接Q420qD鋼板，使其成為等比例縮小的橋梁結(jié)構(gòu)。采用T形交叉焊接方法，預(yù)留適當(dāng)間隙。使用火焰切割處理坡口，確保無(wú)裂紋和大于1.0 mm的缺棱。

背面清根焊，進(jìn)行點(diǎn)焊或定位焊固定位置［12，13］ 。正式焊接時(shí)使用電弧焊，焊接電流、速度和電壓根據(jù)需求設(shè)定。完成焊接后進(jìn)行質(zhì)量檢查。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 力學(xué)性能

使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試2種不同工藝軋制Q420qD鋼板后制備的橋梁模型的屈服強(qiáng)度［15］ 、拉伸強(qiáng)度和延伸率。使用落錘試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試驗(yàn)樣品的耐沖擊性能，把2種不同工藝軋制的鋼板固定在落錘試驗(yàn)機(jī)的支座之上，調(diào)整試驗(yàn)時(shí)的落錘重量、速度與高度，通過(guò)落錘試驗(yàn)測(cè)試沖擊強(qiáng)度，觀察鋼板的破壞形貌。

1.3.2 耐腐蝕性能

研究在70 A、180 A、250 A、350 A這4種電流條件焊接下，受到鹽性和酸性兩種溶液下腐蝕影響后，試驗(yàn)試件的各項(xiàng)性能變化。

（1）質(zhì)量損失測(cè)試：將不同焊接電流焊接后的試驗(yàn)樣品分別置于氯化鈉為原料的鹽性溶液和鹽酸為原料的酸性溶液中。以試樣樣品的質(zhì)量損失作為評(píng)價(jià)耐腐蝕性能的指標(biāo)；

（2）力學(xué)性能測(cè)試：使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試不同腐蝕溶液處理后，各個(gè)試驗(yàn)樣品的拉伸強(qiáng)度變化情況，試驗(yàn)設(shè)置參照上文。焊接電流分別為70 A、180 A、250 A、350 A。確定最佳焊接電流后，觀察該試驗(yàn)樣品分別在鹽性和酸性溶液中浸泡60 d后的腐蝕形貌。

2 結(jié)果與分析

2.1 軋制工藝對(duì)Q420qD鋼板的屈服強(qiáng)度影響

測(cè)試在橋梁主體結(jié)構(gòu)上的Q420qD鋼板屈服強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從圖1可知，受到加載時(shí)長(zhǎng)影響，2種軋制工藝下的Q420qD鋼板整體屈服強(qiáng)度呈現(xiàn)出下降變化趨勢(shì)，但是相比于使用軋制工藝1，使用軋制工藝2時(shí)，應(yīng)用在橋梁主體結(jié)構(gòu)的Q420qD鋼板屈服強(qiáng)度降低趨勢(shì)較為緩慢，說(shuō)明使用這種軋制工藝對(duì)于鋼板制作時(shí)的破壞較小，能有效提升鋼板的力學(xué)性能。

2.2 軋制工藝對(duì)Q420qD鋼板的拉伸強(qiáng)度影響Q420qD鋼板的拉伸強(qiáng)度與延伸率試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2（a）可知，加載時(shí)間增加，會(huì)導(dǎo)致鋼板的拉伸強(qiáng)度發(fā)生降低變化，軋制工藝2鋼板的拉伸強(qiáng)度從最初的540 MPa，下降至450 MPa，相比于軋制工藝2鋼板具有更加良好的拉伸強(qiáng)度。由圖2（b）可知，外力作用會(huì)導(dǎo)致鋼板的延伸率降低，但是軋制工藝2的鋼板延伸率始終未低于20%，說(shuō)明使用這種軋制方法能夠提升鋼板的延伸率。

2.3 沖擊強(qiáng)度測(cè)試

不同工藝軋制后的Q420qD鋼板，受到中繼作用影響后，沖擊功出現(xiàn)變化，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，沖擊重量增加，會(huì)導(dǎo)致鋼板的攻擊功發(fā)生下降變化趨勢(shì)，說(shuō)明受到?jīng)_擊作用影響，該鋼板會(huì)發(fā)生變形，但是使用軋制工藝2軋制的Q420qD鋼板受到?jīng)_擊作用影響后，沖擊功下降變化更加平緩，說(shuō)明這種軋制方式，能夠減緩鋼板受沖擊的程度。

2種不同軋制工藝軋制后的鋼板，經(jīng)過(guò)3 000 N外力沖擊60 d后，鋼板的變形情況如圖4所示。

由圖4可知，長(zhǎng)時(shí)間高沖擊力沖擊之下，使用軋制工藝1軋制的Q420qD鋼板經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間沖擊后出現(xiàn)的凹陷變形較嚴(yán)重，凹陷中心區(qū)域的凹陷深度超過(guò)5cm，這種鋼板實(shí)際應(yīng)用在橋梁主體結(jié)構(gòu)中，不能承受外力撞擊，具有嚴(yán)重脆弱性，無(wú)法在橋梁主體結(jié)構(gòu)中發(fā)揮作用。使用軋制工藝2軋制的Q420qD鋼板，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間沖擊后，鋼板變形較小，中心凹陷區(qū)域不足0.5cm，變形量較小，說(shuō)明經(jīng)過(guò)該工藝軋制的Q420qD鋼板抗沖擊性能得到提升，實(shí)際應(yīng)用在橋梁主體區(qū)域時(shí)，即使遭受強(qiáng)力撞擊也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重變形，安全性較高。

2.4 腐蝕后Q420qD鋼板的質(zhì)量損傷

分別使用酸性溶液和鹽性溶液2種液體浸泡后，測(cè)試經(jīng)過(guò)不同焊接電流焊接后試驗(yàn)樣品的質(zhì)量損失率，如圖5所示。

由圖5（a）可知，經(jīng)過(guò)鹽性溶液長(zhǎng)時(shí)間浸泡后，各個(gè)不同焊接電流焊接后的試驗(yàn)樣品整體腐蝕率呈現(xiàn)上升變化趨勢(shì)，說(shuō)明鹽性溶液對(duì)于鋼板腐蝕影響較大，但是使用250 A電流焊接的試驗(yàn)樣品腐蝕率較小。由圖5（b）可知，經(jīng)過(guò)酸性液體腐蝕后，盡管也出現(xiàn)腐蝕，但是各個(gè)試驗(yàn)樣品的腐蝕率上升變化較為平穩(wěn)，其中 250 A 電流焊接的橋梁主體結(jié)構(gòu)用的Q420qD鋼板腐蝕率變化最平緩，說(shuō)明250 A電流焊接的試驗(yàn)樣品幾乎沒有出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕。

2.5 腐蝕后Q420qD鋼板的拉伸強(qiáng)度

通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)獲得鹽性溶液和酸性溶液浸泡之后，不同電流焊接的試驗(yàn)樣品的拉伸強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，經(jīng)過(guò)腐蝕之后試驗(yàn)樣品的拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)顯著下降變化趨勢(shì)。圖6（a）中，經(jīng)過(guò)鹽性溶液腐蝕后各個(gè)試驗(yàn)樣品的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)出平穩(wěn)下降變化趨勢(shì)，其中250 A電流電焊后的試驗(yàn)樣品拉伸強(qiáng)度較高。

圖6（b）中酸性溶液腐蝕后的試驗(yàn)樣品中，也是250A電流電焊后的試驗(yàn)樣品拉伸強(qiáng)度最高由此可以看出，經(jīng)過(guò)250A電流電焊后的試驗(yàn)樣品具有較高耐腐蝕性能。

2.6 腐蝕形貌分析

經(jīng)過(guò)以上分析可以確定使用250 A電流電焊后的試驗(yàn)樣品耐腐蝕性能最高，觀察該試驗(yàn)樣品分別在鹽性和酸性溶液中浸泡60 d后的腐蝕形貌，結(jié)果如圖7所示。

由圖7（a）可知，經(jīng)過(guò)鹽性溶液長(zhǎng)時(shí)間腐蝕后，試驗(yàn)樣品表面出現(xiàn)明顯腐蝕坑，銹蝕情況也較為明顯，但是并未發(fā)生顯著破壞。圖7（b）顯示，受到酸性溶液腐蝕，試驗(yàn)樣品上不但出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕，還出現(xiàn)大量腐蝕坑，試樣樣品的腐蝕較為嚴(yán)重。由此可以判斷本文所研究的Q420qD鋼板耐鹽性腐蝕能力較高，但是耐酸性腐蝕能力較差。

3 結(jié)語(yǔ)

為保障橋梁主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，應(yīng)用了Q420qD鋼板，測(cè)試結(jié)果表明：

（1）采用高溫軋制的Q420qD鋼板橋梁主體結(jié)構(gòu)具有較高力學(xué)性能和抗沖擊性能，受到外力影響抗拉強(qiáng)度保持在450MPa以上，延伸率也控制在19%以上；

（2）250 A焊接電流處理的試樣更能夠抵抗各溶液腐蝕，更耐鹽性腐蝕，對(duì)酸性腐蝕抵抗力較低。

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（責(zé)任編輯：張玉平）