淺析耐候鋼與普通鍍鋅鋼在輸電線路鐵塔上的應用比較

江西省鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架質(zhì)量檢驗中心 江西 撫州 344000

0 引言

現(xiàn)階段我國輸電線路鐵塔防腐方式基本采用鍍鋅防腐，在鍍鋅工藝過程中的除銹、酸洗、熱鍍鋅等環(huán)節(jié)會帶來較大的材料浪費和環(huán)境污染等，與國家提出的綠色低能產(chǎn)業(yè)相悖。采用節(jié)能、環(huán)保的新材料、新工藝和新技術(shù)是輸電線路鐵塔生產(chǎn)企業(yè)迫在眉睫要解決的問題。耐候鋼是一種大氣防腐蝕合金鋼，具有自防腐性能。本文主要從耐候鋼與普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔產(chǎn)品技術(shù)性能、防腐性能、檢驗標準等方面進行分析對比，得出國內(nèi)輸電線路鐵塔制造可以大批量應用耐候鋼代替普通鍍鋅鋼。

1 耐候鋼的技術(shù)性能優(yōu)勢

耐候鋼，是通過添加少量合金元素(如銅、磷、鉻、鎳等)，并與空氣中的氧氣以及水分反應，在表面生成致密的非晶態(tài)尖晶石氧化物，防止進一步腐蝕鋼材基體。具有優(yōu)質(zhì)鋼的強韌、塑延、焊割、疲勞等特性[1]。將耐候鋼應用在輸電線路鐵塔中，減少了酸洗、熱鍍鋅等制作流程，可節(jié)省大量的人力物力，符合當下國家綠色節(jié)能環(huán)保的發(fā)展理念。因此耐候鋼輸電線路鐵塔從原材料上一次性解決了其在應用過程中的防腐問題，可以實現(xiàn)輸電線路終身免維護。

2 國內(nèi)對耐候鋼輸電線路鐵塔上的研究歷程

當前輸電線路鐵塔主要還是以熱浸鍍鋅材料為主，較難滿足國家提出的綠色、節(jié)能、環(huán)保的新要求，為了符合國家電網(wǎng)提出的輸電線路“兩型三新”和“全壽命周期”建設理念，國內(nèi)較多機構(gòu)在耐候鋼輸電線路鐵塔研究上取得了重大成果并形成了相關(guān)標準。主要研究歷程如下：中國電力科學研究院有限公司2006年首次承擔“耐候及冷彎型鋼在輸電線路的應用研究”科研項目，該項目解決了耐候及冷彎型鋼鐵塔設計及應用的關(guān)鍵技術(shù)問題，設計并通過真型試驗的220k V雙回路冷彎型鋼鐵塔表示，采用冷彎角鋼可減輕塔重4%左右[2]。2009年，中國電力科學院與福建省電力公司合作，采用Q450NQR1耐候冷彎角鋼鐵塔在廈門220千伏梧侶—內(nèi)官線路中首次試點應用[3]，但因耐候高強鋼輸電線路鐵塔采用噴鋅工藝進行防腐，未裸露使用，導致耐候高強鋼表面銹層穩(wěn)定化時間延長。2014年1月，中國電力科學院聯(lián)合國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學研究院，在《耐候鋼和滲鋁鋼在輸電鐵塔中應用的可行性研究》項目研究過程中，研發(fā)了輸電鐵塔專用耐候鋼種，并首次試制了熱軋耐候角鋼和冷彎耐候角鋼。2020年7月國家電網(wǎng)有限公司發(fā)布了Q/GDW 11960-2019《架空輸電線路耐候鋼桿塔加工技術(shù)規(guī)程》和Q/GDW 11961-2019《架空輸電線路耐候鋼桿塔設計和施工驗收規(guī)范》2份企業(yè)標準，對耐候鋼輸電線路鐵塔的結(jié)構(gòu)設計、加工、組立施工及驗收進行了詳細的規(guī)定，進一步規(guī)范了耐候鋼在輸電線路鐵塔上的推廣應用。2020年10月1日中國電力企業(yè)聯(lián)合會將發(fā)布T/CEC 305.1～4-2020《架空輸電線路耐候鋼桿塔 第1～4部分：耐候結(jié)構(gòu)鋼、設計、加工、耐候鋼緊固件》共4份標準。

3 對耐候鋼及普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔的研究比較

3.1 耐候鋼與普通鍍鋅鋼力學性能比較 耐候鋼的牌號同普通鍍鋅鋼牌號表示方式相同，但牌號未具體對應。以耐候鋼Q355NH牌號舉例。

表1 普通鍍鋅鋼與耐候鋼抗拉強度比對表

由表1可以得出鋼材的抗拉強度提升了20MPa，強度優(yōu)于普通鍍鋅鋼。

3.2 耐候鋼與普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔耐腐蝕性比較 國外Legault和Leckie公布了基于鋼的化學成分來預測暴露于不同環(huán)境下15.5年后的低合金鋼的腐蝕情況的公式，修訂后業(yè)內(nèi)公認的耐腐蝕性指數(shù)計算公式如下：

I=26.01(%Cu)+3.88(%Ni)+1.20(%Cr)+1.49(%Si)+17.28(%P)-7.29(%Cu)(%Ni)-

9.10(%Ni)(%P)-33.39(%Cu)2。Q/GDW 11960-2019《架空輸電線路耐候鋼桿塔加工技術(shù)規(guī)程》6.1.1條規(guī)定耐候鋼的耐腐蝕性指數(shù)，應不低于6.5。因耐候鋼中添加了少量合金元素Cu、Cr等，使其表面與大氣能形成致密和粘附性良好的穩(wěn)定銹層。有研究表明耐候鋼的耐腐蝕性為普通鍍鋅鋼的2～8倍，特別是在工業(yè)大氣和海洋環(huán)境中耐候鋼的性能明顯優(yōu)于普通鍍鋅鋼。

3.3 耐候鋼與普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔加工成本比較 耐候鋼輸電線路鐵塔加工后，不需要進行鍍鋅處理，可以全裸露使用。普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔加工后，需進行除銹、酸洗、鍍鋅等工藝。根據(jù)市場價格比較，耐候鋼較普通鍍鋅鋼價格高約1000元/噸，普通鋼鍍鋅成本價格約1700元/噸，耐候鋼較普通鍍鋅鋼加工成本節(jié)約700元/噸。

3.4 耐候鋼與普通鍍鋅鋼輸電線路鐵塔環(huán)保效益比較 熱鍍鋅行業(yè)對環(huán)境的污染主要是為工業(yè)廢水、工業(yè)廢氣和工業(yè)廢渣，污染物會直接導致人體、土質(zhì)、水源、水生物等毒害作用。而耐候鋼可以直接裸露使用，間接避免了對環(huán)境的污染。

4 結(jié)論

綜上所述，耐候鋼輸電線路鐵塔各方面性能優(yōu)于普通鍍鋅輸電線路鐵塔，國內(nèi)應全面推廣使用。但筆者發(fā)現(xiàn)Q/GDW 11960-2019標準規(guī)定耐候鋼輸電線路鐵塔需配套耐候鋼的螺栓使用，國內(nèi)現(xiàn)未對耐候鋼螺栓進行詳細規(guī)定。同時Q/GDW 11960-2019標準中使用的耐候鋼牌號與GB/T 4171中的牌號未一一對應，需進一步明確研究。