背 景
螺栓連接因具有施工工藝簡(jiǎn)單、安裝拆卸方便等技術(shù)特點(diǎn)，作為一種重要的連接方法，仍不可替代，廣泛應(yīng)用于板梁橋、衍梁橋和箱梁橋，單橋平均用量多達(dá)數(shù)10萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)套。不僅在橋梁領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓在鐵道系統(tǒng)中也有著廣泛的應(yīng)用前景，截止到2021年底，我國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)里程突破4.2萬(wàn) km，算上仍在修建和規(guī)劃當(dāng)中的普通鐵路建設(shè)，則鐵路總里程達(dá)到15萬(wàn)km。
國(guó)務(wù)院2017年印發(fā)了《全國(guó)國(guó)土規(guī)劃綱要(2016—2030年)》?！毒V要》提出,建設(shè)發(fā)達(dá)完善的鐵路網(wǎng)。加快高速鐵路、區(qū)際干線、國(guó)土開發(fā)性鐵路建設(shè),積極發(fā)展城際、市郊(域)鐵路,完善區(qū)域鐵路網(wǎng)絡(luò),優(yōu)化城鎮(zhèn)密集區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)；到2030年,全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到20萬(wàn)km以上。按照目前一公里鐵路線路用1520～1840根混凝土軌枕，每根軌枕配4套螺栓，則按最低數(shù)量計(jì)算，每公里配套螺栓有6080套，鐵路總的配套螺栓數(shù)量有6億多套，若要加上鐵路橋梁和隧道用螺栓，則配套螺栓數(shù)量更多。
我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)螺栓常用的8.8S級(jí)和10.9S級(jí)高強(qiáng)螺栓，產(chǎn)品技術(shù)條件一般執(zhí)行GB/T1231標(biāo)準(zhǔn)，材質(zhì)主要選用牌號(hào)大多采用ML20MnTiB、35VB、35CrMo、ML40Cr等合金螺栓鋼，即使表面進(jìn)行磷化或熱鍍鋅、達(dá)克羅處理，當(dāng)長(zhǎng)期在鄉(xiāng)村、工業(yè)、海洋等各種大氣環(huán)境中使用時(shí)，仍然存在較為嚴(yán)重的均勻腐蝕、縫隙腐蝕等銹蝕現(xiàn)象。安裝后普通高強(qiáng)度螺栓還可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞，具有突發(fā)性脆斷和低應(yīng)力破壞的早期失效危險(xiǎn)性，使橋梁等鋼結(jié)構(gòu)存在不可忽視的安全隱患。不銹鋼螺栓雖然能夠解決普通螺栓的銹蝕問題，但不銹鋼材質(zhì)本身強(qiáng)度較低的局限性，所以它不能用來制作鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓，而針對(duì)高強(qiáng)度螺栓從材質(zhì)上防銹的研究就顯得更加迫切而重要。
1、耐候鋼螺栓的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，是在普通低合金鋼基礎(chǔ)上加入一定量Cr、Ni 、Cu、P、Re等耐蝕性 合金元素從而具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕能力的低合金鋼。耐候鋼在使用過程中表面會(huì)逐步形成一層約50pm～100pm厚的致密且與基體金屬粘附性好的非晶態(tài)尖晶石型氧化物層，通過致密穩(wěn)定的保護(hù)銹層，阻止大氣環(huán)境中的氧、水、鹽分和酸液所形成的 H+、O2-、Cl-等離子的滲透，發(fā)揮“止銹”作用，顯著提高耐大氣腐蝕性能。耐候鋼在“通風(fēng)排水、干濕交替、低鹽分、弱酸性”等必要的環(huán)境條件下，可以或允許“免涂裝”使用。與傳統(tǒng)的“普通鋼結(jié)構(gòu)+涂裝”方案相比，“耐候鋼結(jié)構(gòu)+免涂裝”方案具有綜合成本降低、建造周期縮短、綠色環(huán)保明顯等優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均十分顯著。
作為高性能鋼材的發(fā)展方向，耐候鋼在國(guó)外已得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)于20世紀(jì)60、70年代起開始深入研究耐候鋼，目前已研發(fā)出多種耐候鋼，自1991年首次在京廣鐵路巡司河橋使用耐候橋梁鋼以來，受相關(guān)技術(shù)和材料的限制，采用的是“耐候鋼+涂裝”方案；并先后建成了沈陽(yáng)后丁香大橋、咸陽(yáng)渭河公路大橋、西藏墨脫大橋等。近年來，隨著拉林鐵路藏木雅魯藏布江大橋通車作為國(guó)內(nèi)鐵路第一座真正意義上的免涂裝耐候鋼橋梁，在國(guó)內(nèi)首次使用耐候鋼高強(qiáng)度螺栓；還有北京官?gòu)d水庫(kù)公路大橋這兩座有代表性的免涂裝耐候鋼橋梁的建造，逐步形成了免涂裝耐候鋼橋建造的配套材料、成套技術(shù)和施工指南，標(biāo)志著我國(guó)對(duì)免涂裝耐候鋼橋認(rèn)識(shí)的加深和建造技術(shù)逐步走向了成熟，為大批量推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
據(jù)前期全國(guó)緊固件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)與中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)分會(huì)、中鐵大橋設(shè)計(jì)院、中鐵二院、中鐵三院、中鐵建五院、廣州市政院、上海市政院等單位的交流，主管部門、行業(yè)協(xié)會(huì)和設(shè)計(jì)部門均非常重視且積極推動(dòng)免涂裝耐候鋼橋在中國(guó)的發(fā)展。目前雖然已在大型公路橋梁鋼上應(yīng)用，但對(duì)于耐候螺栓的研制相對(duì)滯后，我國(guó)面臨數(shù)量龐大鋼鐵材料應(yīng)用的腐蝕失效問題，特別是鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接副很容易被腐蝕導(dǎo)致橋梁、建筑服役早期失效，是急需解決的重要問題。從材料角度來解決高強(qiáng)度螺栓銹蝕問題，耐候鋼高強(qiáng)度螺栓是未來發(fā)展的一個(gè)重要方向。（未完待續(xù)）
文章摘自：GAF螺絲君
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