背 景  

       螺栓连接因具有施工工艺简单、安装拆卸方便等技术特点，作为一种重要的连接方法，仍不可替代，广泛应用于板梁桥、衍梁桥和箱梁桥，单桥平均用量多达数10万至数百万套。不仅在桥梁领域，钢结构高强螺栓在铁道系统中也有着广泛的应用前景，截止到2021年底，我国高铁运营里程突破4.2万 km，算上仍在修建和规划当中的普通铁路建设，则铁路总里程达到15万km。

       国务院2017年印发了《全国国土规划纲要(2016—2030年)》。《纲要》提出,建设发达完善的铁路网。加快高速铁路、区际干线、国土开发性铁路建设,积极发展城际、市郊(域)铁路,完善区域铁路网络,优化城镇密集区交通网络；到2030年,全国铁路营业里程达到20万km以上。按照目前一公里铁路线路用1520～1840根混凝土轨枕，每根轨枕配4套螺栓，则按最低数量计算，每公里配套螺栓有6080套，铁路总的配套螺栓数量有6亿多套，若要加上铁路桥梁和隧道用螺栓，则配套螺栓数量更多。

       我国钢结构螺栓常用的8.8S级和10.9S级高强螺栓，产品技术条件一般执行GB/T1231标准，材质主要选用牌号大多采用ML20MnTiB、35VB、35CrMo、ML40Cr等合金螺栓钢，即使表面进行磷化或热镀锌、达克罗处理，当长期在乡村、工业、海洋等各种大气环境中使用时，仍然存在较为严重的均匀腐蚀、缝隙腐蚀等锈蚀现象。安装后普通高强度螺栓还可能发生应力腐蚀和腐蚀疲劳，具有突发性脆断和低应力破坏的早期失效危险性，使桥梁等钢结构存在不可忽视的安全隐患。不锈钢螺栓虽然能够解决普通螺栓的锈蚀问题，但不锈钢材质本身强度较低的局限性，所以它不能用来制作钢结构高强螺栓，而针对高强度螺栓从材质上防锈的研究就显得更加迫切而重要。

　　1、耐候钢螺栓的应用优势

       耐候钢即耐大气腐蚀钢，是在普通低合金钢基础上加入一定量Cr、Ni 、Cu、P、Re等耐蚀性 合金元素从而具有优良的耐大气腐蚀能力的低合金钢。耐候钢在使用过程中表面会逐步形成一层约50pm～100pm厚的致密且与基体金属粘附性好的非晶态尖晶石型氧化物层，通过致密稳定的保护锈层，阻止大气环境中的氧、水、盐分和酸液所形成的 H+、O2-、Cl-等离子的渗透，发挥“止锈”作用，显著提高耐大气腐蚀性能。耐候钢在“通风排水、干湿交替、低盐分、弱酸性”等必要的环境条件下，可以或允许“免涂装”使用。与传统的“普通钢结构+涂装”方案相比，“耐候钢结构+免涂装”方案具有综合成本降低、建造周期缩短、绿色环保明显等优势，经济效益和社会效益均十分显著。   

       作为高性能钢材的发展方向，耐候钢在国外已得到广泛应用。我国于20世纪60、70年代起开始深入研究耐候钢，目前已研发出多种耐候钢，自1991年首次在京广铁路巡司河桥使用耐候桥梁钢以来，受相关技术和材料的限制，采用的是“耐候钢+涂装”方案；并先后建成了沈阳后丁香大桥、咸阳渭河公路大桥、西藏墨脱大桥等。近年来，随着拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥通车作为国内铁路第一座真正意义上的免涂装耐候钢桥梁，在国内首次使用耐候钢高强度螺栓；还有北京官厅水库公路大桥这两座有代表性的免涂装耐候钢桥梁的建造，逐步形成了免涂装耐候钢桥建造的配套材料、成套技术和施工指南，标志着我国对免涂装耐候钢桥认识的加深和建造技术逐步走向了成熟，为大批量推广应用奠定了基础。

       据前期全国紧固件标准化技术委员会与中国钢结构协会桥梁钢结构分会、中铁大桥设计院、中铁二院、中铁三院、中铁建五院、广州市政院、上海市政院等单位的交流，主管部门、行业协会和设计部门均非常重视且积极推动免涂装耐候钢桥在中国的发展。目前虽然已在大型公路桥梁钢上应用，但对于耐候螺栓的研制相对滞后，我国面临数量庞大钢铁材料应用的腐蚀失效问题，特别是钢结构螺栓连接副很容易被腐蚀导致桥梁、建筑服役早期失效，是急需解决的重要问题。从材料角度来解决高强度螺栓锈蚀问题，耐候钢高强度螺栓是未来发展的一个重要方向。（未完待续）

文章摘自：GAF螺丝君