13585605056周先生
针对津西钢厂研发生产的Q355NHD耐候H型钢，进行了H型钢截面力学性能的不均匀性检测和屈服强度统计分析，并用有限元法分析了截面材料的不均匀性对构件应力和变形的影响，提出采用耐候H型钢进行构件设计时所需的抗力分项系数和强度设计值。利用已有含铌钢的耐腐蚀试验数据，并经耐大气腐蚀指数计算，表明含铌H型钢具有良好的耐腐蚀性能。通过焊接工艺评定，提出耐候钢构件制作及安装时应采用的焊材和焊接工艺参数。
1.1 建筑用金属材料腐蚀的一般情况
耐候钢通过加入耐候元素，会在钢铁材料的表面形成一层50～100 μm厚的致密且附着牢固的氧化膜层。由于这层氧化膜的存在，阻止了大气中氧和水分向钢铁基层渗入，减缓锈蚀向钢铁材料内部发展，从而提高钢材的耐大气腐蚀能力。耐候钢的耐腐蚀性能是碳钢的4～8倍。干湿交替循环有利于保护膜稳定形成，使用耐候钢一般可无须再涂装保护性涂层。
金属材料的耐腐蚀性能，应从两个方面进行分析研究：一是外部腐蚀环境，二是金属材料本体的性能。以沿海地区腐蚀作用的数据为参照，相关研究通过测试得出不同环境腐蚀条件下，多种常用建筑金属材料的腐蚀速率。表1汇总了从几个沿海地区腐蚀试验观察点测试的结果，列出了常用建筑金属材料腐蚀性对比数据。
由表1数据可以看出，环境条件和材料本身的性能共同决定了常用建筑金属材料的维修周期及使用寿命。采用不锈钢、Al、Cu、Zn材质构件可以显著延长使用年限，而通过在钢中加入耐腐蚀性合金元素是提高钢材防腐能力最为直接和现实有效的措施。
表1 常用建筑金属材料腐蚀性比较
1.2 建筑用金属材料腐蚀的一般情况
20世纪中期前，人们开始把铌作为不锈钢的添加元素，提高奥氏体不锈钢的性能。在这之后，铌并没有成为普通碳素钢或低合金钢的一种合金成分。40年代起，人们发现在合金钢中加入铌后力学性能有所提高，从此铌开始成为钢铁材料的一种合金元素，也成为军工产品为提高强度而选用的合金元素。铌对钢材性能的改善主要由细化晶粒引起，它提高了钢材的强度和冲击韧性。此后铌合金化钢材开始在桥梁和建筑钢结构中应用，其耐大气腐蚀的作用也逐渐为人们所认识。
从耐候钢的发展历史看，国际标准ISO 5952∶2005中的附录A(低合金大气腐蚀性的评估指南)，是通过各种低合金钢长期(15.5 a)观察测定在不同大气环境下得到的防腐蚀数据，当时采用的钢材样本中并不包括含铌钢，铌对耐大气腐蚀的定量贡献尚难用具体数字表达，但是铌对耐大气腐蚀的有利作用是确定的，且已被试验和工程应用所证实。
耐候钢中含有Cu、P、Cr、Si、Ni、Nb、V、Ti等合金元素，用以改善锈层结构，提高致密度，增强与大气的隔离作用。在上述元素中，铜元素的含量w(Cu)为0.25‰～0.55‰，其作用最大。磷元素也起重要作用，磷元素的含量w(P)为0.08%～0.15%，含磷元素的耐候钢称之为高耐候钢。铜元素与磷元素复合应用的效果更为明显。但磷元素会使钢材的韧性降低，并且恶化钢材的焊接性能，因此只有对耐腐蚀性要求很高时才采用含磷钢。一般焊接结构用耐候钢中磷的含量w(P)≤0.035%，这类钢以Cu-Cr和Cu-Cr-Ni系为主，具有优良的焊接性能和低温韧性。
在国家标准GB/T 4171—2008《耐候结构钢》中，耐候钢化学成分虽没有列入Nb、V、Ti等微量稀土元素的成分，但在附注中说明，为了改善钢的性能可以添加一种或一种以上的微量合金元素：Nb(0.015%～0.060%)，V(0.02%～0.12%)，Ti(0.02%～0.10%)。若上述元素组合使用时，应至少保证其中一种元素含量达以上规定的下限值，且Nb、V、Ti 3种合金元素的添加总量不应超过0.22%。津西钢厂根据自身铁矿成分并适当添加Nb给出了耐候钢的化学成分配比(表2)，充分发挥Nb在耐大气腐蚀中的作用。
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