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MPI专家观点│《单轨交通轨道用耐候钢板》(T/SSEA 0020-2019)团体标准综述

  一、引言

  单轨交通是轨道交通的一种,特点是使用的轨道只有一条,而非传统轨道交通的两条平衡路轨。与城市轨道交通系统相似,单轨轨道交通主要应用在城市人口密集的地方,用来运载乘客。亦有在游乐场内建筑的单轨轨道交通,专门运载游人。单轨交通系统通常为高架,具有成本低、工期短、占地少、污染小、能有效利用道路中央隔离带、适于建筑物密度大的狭窄街区的优点,是改善中国城市交通状况的一个有效途径。制定单轨交通轨道用高性能钢板的团体标准,填补现有标准空白,快速满足城市单轨交通轨道建设的市场需求,对促进中国城市轨道交通事业的发展具有积极推动作用。

  为了便于该团体标准的理解与实施,现将标准的立项背景以及主要技术指标介绍如下。

  二、立项背景

  单轨交通的轨道是一种特殊钢质结构,分成两类:悬挂式和跨座式,均可由钢板焊接而成。其常年经受酷暑严寒和极端温差的考验,承受雨山、冰冻、酸/碱的侵蚀,承受车轮反复碾压以及服役期间的磨损、挤压、冲击等,这就对所用钢板材料的性能提出了更高的要求。随着城市单轨交通系统向规模化、标准化方向发展,南京钢铁股份有限公司根据单轨交通轨道用钢的实际使用要求,开发出了一种综合性能优异的新型钢板,具有高强度、高韧性、低屈强比和良好耐候性,表现出优良的抗接触疲劳、耐磨、抗震和耐腐蚀性能,回火处理后没有明显的回火脆性,表现出良好的低温冲击韧性,同时具有优异的焊接工艺性能,可满足城市单轨交通系统的使用要求,已成为单轨交通轨道的理想材料之一,并已成功应用于华东首条城市单轨线路——芜湖单轨1号线。

  单轨交通轨道所用的钢板没有统一的选材标准,国外以美标ASTM A709 HPS70W、HPS50W等牌号为主,中国国内部分参照国外选用A709标准的牌号、部分选用普通Q345级钢板,尚无单轨交通轨道钢板的国家/行业标准。因此,考虑国家城市单轨交通的发展战略和发展趋势,以及充分满足中国单轨交通轨道建设对原材料的性能要求,结合中国单轨交通轨道用钢板的实物质量水平,提出了制定《单轨交通轨道用耐候钢板》团体标准的申请,2018年7月由中国特钢企业协会团体标准化工作委员会下达了制定计划,由南京钢铁股份有限公司、中车浦镇庞巴迪运输系统有限公司、芜湖力钧轨道装备有限公司、中信金属股份有限公司、威尼斯人平台等组成标准编制组,完成该团体标准的制定工作。

  《单轨交通轨道用耐候钢板》团体标准的制定,切实从单轨交通轨道的生产制造需要出发,在参考《桥梁用结构钢》(GB/T 714—2015)国家标准及《桥梁用结构钢标准规范》(ASTM A709/A709M—2017)美国标准的基础上,结合单轨交通轨道用钢的特殊需求,对技术指标进行了加严和扩展,使该团体标准更具有市场性、先进性、针对性和实用性,填补了细分市场领域标准空白,满足下游用户的定制化需求。

  三、主要技术指标对比分析

  (一)标准名称

  本团体标准的标准化对象定位于单轨交通轨道建设所用的耐候钢板,直接突出体现标准的主体对象以及便于用户使用,本团体标准名称定为《单轨交通轨道用耐候钢板》。

  (二) 范围

  本团体标准规定了单轨交通轨道用耐候钢板的订货内容、牌号表示方法、尺寸、外形、重量及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志及质量证明书等。本团体标准适用于厚度不大于100mm的单轨交通轨道及附属结构用单轧耐候钢板。

  (三) 牌号表示方法

  本团体标准参照耐候钢的牌号表示方法,保持与原有标准牌号的协调性,同时考虑到单轨交通轨道用钢的特殊用途,给出了单轨交通轨道用钢板牌号的表示方法。规定单轨交通轨道用耐候钢板的牌号由代表“单轨”的汉语拼音首位字母、规定的屈服强度最小值及质量等级符号、代表“耐候”的汉语拼音的首位字母等几个部分组成。例如,DG485ENH,其中DG代表“单轨”的汉语拼音的首位字母;485代表规定的屈服强度最小值,单位为兆帕(MPa);E代表质量等级为E级;NH代表“耐候”的汉语拼音的首位字母。对于厚度方向性能钢板,再在牌号后加上厚度方向性能级别(Z15、Z25、Z35),例如DG485ENHZ35。

  (四) 尺寸、外形、重量及允许偏差

  针对单轨交通轨道用钢对尺寸及允许偏差的较高要求,本团体标准明确提出“钢板的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T 709的规定,其中厚度偏差按C类,不平度≤5mm/m”。厚度C类偏差是GB/T 709中A类、B类、C类和N类四种允许厚度公差中最严格的指标。不平度≤5mm/m,比GB/T 709中单轧钢板按宽度和厚度不同,其不平度≤5~9mm/m的要求,进一步加严。

  (五)牌号和化学成分

  本团体标准明确了单轨交通轨道用耐候钢板常用牌号,包括DG355、DG420、DG485、DG550四个牌号。同时,根据单轨交通轨道的使用要求,进行了定制化的设计,与ASTM A709标准相比,体现出如下几方面的先进性:(1)为保证可焊性,明确提出了焊接裂纹敏感指数Pcm、碳当量CEV的具体要求;(2)为保证耐候性能,明确提出了耐候指数I≥6.0的要求;(3)明确规定S≤0.005%,同时为控制硫化物形态,要求进行钙处理,以减少MnS夹杂对性能的影响;(4)规定了B≤0.0005%,H≤0.0002%,防止B和H对钢板性能和焊接接头性能的不利影响;(5)规定了Cu、Cr、Ni等合金元素含量的下限,以保证耐候性能,同时规定了Mo元素含量的下限,以得到稳定的锈层,进一步提高耐候性能,特别是在Cl-环境下的耐候性能。

  (六) 交货状态

  本团体标准规定钢板可按热轧、控轧、热机械轧制(TMCP)、TMCP+回火或调质状态交货。且规定钢板需以热轧平板状态交货,防止卷板开平产生内应力对切割及焊接板形产生的影响。

  (七) 力学性能

  本团体标准明确给出了单轨交通轨道用耐候钢板交货状态的力学性能,如表1所示。与ASTM A709标准相比,具有以下先进性:(1)明确提出了屈强比≤0.85的要求,以保证单轨交通轨道的结构安全性,从而保障单轨列车安全运行;(2)考虑单轨交通轨道服役期间会受到频繁的冲击载荷,本团体标准提高了钢板冲击吸收能量的指标要求,规定C、D、E级钢板的冲击吸收能量不低于120J、F级钢板的冲击吸收能量不低于50J,技术指标水平远高于ASTM A709标准中规定的-23℃冲击吸收能量不低于34J或48J的要求。

  表1 力学性能

  (八) 表面质量

  本团体标准特别规定钢板表面不允许打钢印,以防止产生不均匀腐蚀对整体结构耐候性的影响。

  (九) 超声检测

  单轨交通运输涉及重大公共安全,而单轨交通轨道是单轨交通系统的重要组成部分,为保证安全性,本团体标准从严规定钢板的探伤要求,明确规定钢板应逐张进行超声检测,检测方法执行GB/T 2970,合格级别为I级。

  (十)检验规则

  为保证单轨交通轨道质量和运行的安全性,本团体标准从严规定了钢板组批验收原则,规定钢板应逐张轧制组批进行性能检验、验收。同时,给出了钢板拉伸性能、冲击性能、弯曲性能和Z向性能不符合规定时的复验与判定规则。

  (十一) 附录

  本团体标准制定时考虑了与国际接轨,如在强度等级设置上采用了美标和欧标中常用的屈服强度355MPa和485MPa级,并在附录中给出了与国外类似钢级的对照,如表2所示,便于在国外使用。

  表2 牌号对照表

  四、结论

  目前在中国,重庆已开通运营4条单轨,未来还将有香港、沈阳、吉林、安阳、汕头、芜湖、桂林等10余座城市和地区拟建造单轨交通系统,在“一带一路”沿线国家,如泰国、新加坡、越南等一些城市也在规划建设单轨交通系统,单轨轨道用钢将具有广阔的市场前景。本团体标准的制定,快速响应了中国城市轨道交通发展趋势,首次提出单轨交通轨道的选材标准,填补了国内外同类标准空白,技术水平处于国际领先,为中国单轨交通轨道制造行业的高速发展提供了有力支撑。通过本标准的制定,能够使原料生产企业和下游单轨轨道建设企业对单轨交通轨道用钢的各参数指标有更为清晰的了解,引导各方形成合力,促进中国城市单轨交通行业的发展。同时,在“一带一路”互联互通基础设施建设方面,也将发挥重要的保障作用。