桁架式防波堤用超级不锈钢

桥梁、防波堤、消波堤、栈桥和采油平台等海岸及海洋构筑物长期处于海水侵蚀的恶劣环境，因此，钢制海洋构筑物应采取可靠的防腐蚀措施，并定期进行维护管理。

　　
近年来在港口岸壁、栈桥和防波堤的建造中钢管桁架结构的使用率不断增加。钢管桁架结构是由钢管制成的立体桁架体系，将桁架结构的腿脚与打入海底的钢桩焊接起来，组成一个整体。钢管桁架结构与传统的直桩结构和混凝土沉箱结构相比，具有以下优点：1）适于大水深、软地基施工。2）刚性大、抗震性强。3）可在工厂预制成部件，缩短现场施工时间。但是由于桁架结构采用了钢管，因此需要关注海水腐蚀问题。海水腐蚀环境从海面向下可分为海洋大气带、飞溅带、潮差带、全浸带和海土带等5个带。其中腐蚀条件较为恶劣的是富含盐分的飞溅带和海水水膜表面富含氧分的潮差带。采用锌牺牲阳的电化学防腐措施，可以对处于全浸带和海土带中的钢材进行有效保护。但电化学防腐却不能防止钢材在飞溅带和潮差带中产生腐蚀。如采用涂装方法，则存在涂装材料逐年劣化以及被漂流物冲击发生剥离的隐患。

　　
对位于飞溅带和潮差带的钢材进行防腐保护和抗冲击的一种有效措施是覆盖耐海水腐蚀金属衬板。过去，海上采油平台桩腿衬板采用的是90/10铜镍合金或蒙乃尔400合金等铜镍合金。近来日本对耐海水腐蚀奥氏体不锈钢即超级不锈钢进行了开发，并对耐海水腐蚀钛覆盖技术进行了研究。通过提高Cr、Mo、N的元素含量，超级不锈钢在海水环境下的防锈性、耐点腐蚀性和抗缝隙腐蚀性得到了明显增强。超级不锈钢的耐点腐蚀指标（PRE）超过40，而普通不锈钢SUS304和SUS316的PRE分别约为18和24（PRE=%Cr+3.3×%Mo+16×%N）。

　　
为评价超级不锈钢的耐海水腐蚀性，日本在各地进行了长期海水暴露试验，结果证明，SUS312L（20Cr-18Ni-6Mo-0.8Cu-0.2N：PRE=43），SUS836L（23Cr-25Ni-5.5Mo-0.2N：PRE=44）等超级不锈钢具有优秀的耐常温海水腐蚀性。

　　
试验通过采用将超级不锈钢SUS312L和SUS836L以及对比钢SUS316L的薄钢板作为衬板，用焊接方法覆盖在钢管桩表面，并将其长期浸入海水，包括飞溅带和潮差带中。试验结果表明，当在表面附着藤壶等海洋生物，SUS316L仅在试验1年后，海洋生物下面钢板就发生了缝隙腐蚀，而SUS312L和SUS836L却没有锈蚀和点蚀，并且海洋生物下面钢板也未发生缝隙腐蚀现象。通过这种长期海水暴露试验，证明了超级不锈钢在常温海水环境下，不发生锈蚀、点蚀和缝隙腐蚀，具有良好的耐蚀性。

　　
从1997年开始，将耐海水腐蚀性能良好的SUS312L等超级不锈钢作为钢管飞溅带和潮差带的衬板材料，用于钢管桁架式消波堤和栈桥。飞溅带和潮差带覆盖超级不锈钢衬板的钢管桁架如图1所示。

　　
采用单面缝焊电阻焊在超级不锈钢应用于钢管桁架结构中发挥了巨大作用。超级不锈钢作为钢管桁架衬板时，在其使用期间几乎不需要修补处理，与其他的覆盖方法相比，可降低维修费用，但工程初期费用大，材料费高。由于超级不锈钢可耐受海水环境腐蚀，因此不必留出腐蚀余量，如果减薄衬板厚度，可以降低材料费。但板厚小于1.5mm时，TIG焊接的热量容易使钢板损坏，所以限制了板厚的减薄。单面缝焊电阻焊是将两片圆盘状电与衬板接触后通电进行焊接的方法，可以焊接0.4mm左右的薄钢板，从而充分降低了衬板厚度，因此采用单面缝焊电阻焊降低了超级不锈钢作为钢管桁架衬板时的初期费用。这种桁架式防波堤和栈桥已经应用于日本各地的港湾，例如在2010年投入使用的东京机场的海上跑道（D跑道）上得到应用。D跑道一部分跨过河流，跑道总长1/3采用钢管桁架式栈桥结构，设计寿命为100年。在飞溅带和潮差带钢管桁架一部分采用0.4mm厚的SUS312L薄板覆盖，其余使用超级不锈钢中耐蚀性好的USNN08354（23Cr-35Ni-7.5Mo-0.2N：PRE=51）薄板覆盖。

　　
超级不锈钢用做防蚀衬板的钢管桁架式防波堤和栈桥，由于不需要类似于涂装那样的定期维护，因此可降低港湾的维修费用。预计超级不锈钢在桥梁、防波堤等海洋构筑物领域的应用会加速增长。