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开元ky88com: 覆盂之安——【超级工程中的热处理①】

作者:
时间:2018-10-24
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 港珠澳大桥通车了!

 

港珠澳大桥主桥为

三座大跨度钢结构斜拉桥

 

青州航道桥↓↓

 

江海直达船航道桥↓↓

 

九洲航道桥↓↓

 

50万平方米钢桥面

世界最大规模的钢桥面铺装工程

双向六车道

设计速度100公里/小时

“中国结”造型桥塔

标志性景观高达163

在为祖国喝彩的同时

小编的心里也产生了疑惑

那么大的桥

真的结实吗?

苏通长江大桥大家应该不陌生

08年建成时是世界上

跨径最大的斜拉桥

跨度为1088

它采用的是1770MPa的斜拉索

 

港珠澳大桥

桥梁缆索技术水平和难度

均为国际最高

其中的江海直达船航道桥

跨径为994米

采用了1860MPa超高强度

锚具规格为511-?7的斜拉索

为目前世界之最

 

大桥设计使用寿命120

可抵御8级地震

16级台风、30万吨撞击

以及珠江口300年一遇的洪潮

斜拉索分为两部分

一是高强度的钢索

二是可以“抓得住”大量钢索的

缆索锚具

缆索锚具的尺寸越大

能够装备的钢索也就越多

斜拉索的强度就越大

但是要保证锚具的强度和性能

难度也会直线上升

港柱澳大桥使用的缆索锚具

也是我国科研人员

自主独立研发并改进的

目前,承担桥梁受力重任的缆索与锚具,其设计常用钢种主要有40Cr、42CrMo、40CrNiMoA、45、ZG310-570ZG20Mn钢。其中作为斜拉索与锚具的钢种主要为40Cr、42CrMo两种合金钢。

40Cr钢是我国目前应用最广泛的合金调质钢,具有强度高、塑性和韧性良好的综合力学性能。

42CrMo钢是一种可热处理强化的中碳低合金钢,与40Cr钢相比在合金中加入了Mo元素,提高了材料的淬透性。

科研人员通过对这两种钢进行进一步的热处理,能使其获得更优异的抗拉强度更高的力学性能。

1:调质,淬火+高温回火被称为调质处理

2:淬透性,钢在淬火时能够获得马氏体(坚硬组织)的能力

研究人员选用了国家标准中适用于最大口径斜拉索的的锚具规格:

 

——缆索锚具截面图

锚具越大,内部深处的钢材组织越容易出现热处理覆盖不到或效果不好的区域,而为了得到抗拉强度更高的斜拉索,钢索的数量多,锚具必然尺寸大。为了合理制定其热处理工艺,研究人员完全模拟了实桥用最大规格锚具的技术参数来完成测试。 

研究人员按照现有的两种钢的

处理工艺进行了调整与实验:

 

图源:《桥梁缆索锚具的选材及热处理》周祝兵

40Cr钢做锚具,壁厚超过40 mm时心部将无法淬硬,导致性能不均匀;而42CrMo钢的硬度、强度相对更高,淬透深度更已超过50mm,明显优于40Cr钢,适合用于大尺寸锚具的制造。

 

这样子还不够,还有别的办法

除了进行调质处理,还可以进行表面处理:

渗碳、渗氮、碳氮共渗强化

渗碳强化所需的温度要高于800°C,超出了材料高温回火的温度(520°C),采用这种方法会破坏现有工艺。

而氮碳共渗或渗氮可在低于520° C下进行,可以在不影响现有工序的基础上达到强化目的。

 

于是在经过大量的实验,我们辛勤的研究人员终于得出了足够匹配世界级跨海斜拉大桥的锚具热处理工艺,并在全国热处理学会的《金属热处理》期刊中发表了论文成果。最终协助完成了港珠澳大桥的落成,发挥了很重要的作用。

 

 

在此,也对所有为国家建设贡献了自己的智慧与汗水所有广大劳动者和科研人员,致以最崇高的敬意!

 

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