1、标准概述

随着中国桥梁建设的发展，诸多沿海及跨海桥梁工程项目都在拟建在建中，由于桥址所处环境属于高氯化物腐蚀环境，常规的合金钢在使用过程中受到限制，而耐大气环境腐蚀桥梁钢需求不断加强。

由于美国的耐候钢高强度螺栓不能保证扭矩系数无法满足我国扭矩法施工的要求，日本的耐候钢高强度螺栓在合金成分上与我国耐候桥梁用钢不匹配，所以，也无法通过单纯进口螺栓来解决，需要进行研发。

现今国内没有“钢结构用耐候钢高强度螺栓连接副”相关标准，很多桥梁设计和制造单位也不清楚该钢种各项性能指标及如何使用。因此，为满足国内外耐大气环境腐蚀用桥梁钢市场和生产的需要，在国内外相关标准、技术资料、产品实际供货技术协议及试验研究结果基础上，为进一步规范、提高产品实物质量，全国紧固件标准化技术委员会牵头编制GB/T43151-2023《钢结构用耐候钢高强度螺栓连接副》国家标准。

标准由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准，2023年9月7日发布，2024年4月1日实施。该标准是国家标准体系建设中紧固件领域提出的制定项目之一，进一步完善现有紧固件国家标准，为耐候钢紧固件产品的设计选用和生产制造提供技术依据。标准规定了螺纹规格为M12～M36、性能等级NH8.8S/NH8H和NH10.9S/NH10H钢结构用耐候钢高强度螺栓连接副的型式尺寸、技术要求、试验方法、验收检查、标志、质量证明文件、包装、运输和贮存；制定了耐候钢紧固件的机械和物理性能要求，对长期受到所处环境中的水、氧、盐分及酸液所形成的 H+、O2-、Cl-等离子渗透的高强紧固件解决了耐大气腐蚀和延迟断裂问题，耐候钢紧固件多用于偏远/无人地区、免维护的应用场景，要求与被夹紧件材料配套使用，增加了紧固件连接的可靠性，满足了钢结构桥梁、电塔等基建设施等行业的使用要求。

1.1、 形式

目前，耐候钢产品多用于偏远/无人地区、免维护的应用场景，要求与被夹紧件材料配套使用，多用于钢结构桥梁、电塔等基建设施行业，因此，将产品型式缩小为钢结构用耐候钢高强度螺栓连接副，性能等级 NH8.8S/NH8H和NH10.9S/NH10H。耐候钢高强度螺栓连接副由耐候钢制造的高强度螺栓、高强度螺母和高强度垫圈组成的连接副。钢结构用耐候钢高强度螺栓连接副包括1个螺栓、1个螺母和1个/2个垫圈，型式尺寸按GB/T 1228～1230、GB/T 3632、GB/T 32076.3～GB/T 32076.6、GB/T 32076.8和GB/T 32076.9等产品标准。

1.2、 材料

在该标准研制过程中，钢铁工业协会、钢结构协会、电力企业联合会等团体相继发布耐候钢材料、耐候钢紧固件相关团体标准，考虑到标准应用广泛性，标准所采用的材料体系差异，以及材料应用实践可靠性等因素，参考 ASTM F3125/F3125M-2022type3基于耐腐蚀指数的化学成分要求，耐候钢高强度螺栓、螺母和垫圈宜采用相同化学成分的材料，化学成分（熔炼分析）限值应符合表1的规定, 成品化学成分允许偏差应符合GB/T 222的规定。材料应有足够的淬透性，在淬火后回火前获得约90%的马氏体组织。根据材料的化学成分依据GB/T 4171 计算得到的连接副用耐候钢耐大气腐蚀性指数I应不小于构件钢材的耐大气腐蚀性指数，且应不小于6.0。在C含量上下限符合GB/T 3098.1的基本要求前提下，整合T/CISA193、T/CEC305.4-2020 等团体标准中耐候钢紧固件材料要求，还将国内耐候钢高强度螺栓连接副其他材料化学成分作为标准附录给出信息。

表 1 螺栓/螺母/垫圈用耐候钢材料化学成分

1.3、 机械性能

考虑到钢结构用耐候钢高强度螺栓连接副使用场景，机械性能与 GB/T 1231、GB/T 3632、GB/T32076.3～32076.6、GB/T 32076.8和 GB/T 32076.9 等产品标准协调一致。螺栓机械性能见表2，参考 ASTM F3125/F3125M-2022,NH10.9S 级抗拉强度范围为 1040～1190 MPa，上限值并未采用 GB/T 1231-2006中的 1240 MPa；断面收缩率按 GB/T 3098.1，其他按 GB/T 3632；洛氏硬度和维氏硬度与 GB/T 1231-2006 基本保持一致。

表 2 螺栓机械性能

脱碳层要求按GB/T 3098.1中10.9 级规定，由耐候钢制造的螺栓螺纹未脱碳层高度E≥2/3H1(H1-最大实体条件下外螺纹的牙型高度)；螺纹全脱碳层的深度G≤0.015mm。钢结构用耐候钢高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数按GB/T1231，同批连接副的扭矩系数平均值为0.110～0.150，扭矩系数标准偏差应不大于 0.0100。

钢结构用耐候钢高强度扭剪型螺栓连接副紧固轴力给出Fr min 和 Fr平均 min，与 GB/T 32076.8一致，计算时Rm取GB/T 3098.1中10.9级抗拉强度公称值1000 Mpa，紧固轴力变异系数应小于或等于0.10(变异系数=标准偏差/平均值)。采用紧固轴力的变异系数判定其离散性，可避免规格对标准偏差的影响。

2、标准的沿革

耐候钢是在普通低合金钢的基础上，同时添加适量的 Cu、Cr、Ni 等合金元素，通过在表面形成致密稳定的保护锈层，阻止大气环境中的氧、水、盐分和酸液所形成的 H+、O2-、Cl-等离子的渗透，发挥“止锈”作用，显著提高耐大气腐蚀性能。耐候钢在“通风排水、干湿交替、低盐分、弱酸性”等必要的环境条件下，允许“免涂装”使用。与传统的“普通钢结构+涂装”方案相比，“耐候钢结构+免涂装”方案具有综合成本降低、建造周期缩短、绿色环保明显等优势，经济效益和社会效益均十分显著。作为高性能钢材的发展方向，耐候钢在国外已得到广泛应用。美国免涂装耐候钢桥已经超过1万座，在每年新增的近30座钢桥中大部分采用耐候桥梁钢制造，已形成了系统的耐候钢材、耐候焊材、耐候高强螺栓、设计、选材、制造、维护等成熟技术和标准规范。日本、加拿大、西欧也广泛发展和应用了类似技术。

《钢结构用耐候钢高强度螺栓连接副》标准的制定为完善和优化紧固件标准体系、引领紧固件专业化生产、提高产品档次和满足市场需求起到积极的作用，填补高强耐候钢紧固件技术规范领域的空白，带动相关行业的技术进步和产业建设，提高桥梁服役及高速列车运行安全性，助推国家高速铁路及重点铁路及公路的桥梁工程建设。标准参与制定的主要单位有，中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所、中铁山桥集团有限公司、燕山大学、晋亿实业股份有限公司、江苏中成紧固技术发展股份有限公司、首钢集团有限公司、邢台钢铁有限责任公司、南京福贝尔五金制品有限公司等33家企业和85名专家学者。

标准等效采用国际、国外标准，美、日等国在耐候钢桥中强制性要求使用耐候高强螺栓，并制订了相应的材料和使用规范。美国耐候钢桥常用的、强度等级与我国标准8.8S 和10.9S级相当的耐候高强螺栓，其化学成分、力学性能和连接性能应符合ASTM F3125/F3125M-2020《经热处理的最小抗拉强度为 120ksi（830MPa）和 150ksi（1040MPa）且具有英制和米制尺寸的钢和合金钢制高强度结构螺栓标准规格》的要求。

该标准特别要求耐候高强螺栓用钢应添加足量的 Cu（0.17%～0.63wt%）、Cr（0.42%～1.05wt%）、Ni（0.17%～0.83wt%），使耐候性能符合ASTM A709 标准对高性能耐候桥梁钢 HPS 50/70W 的相关规定。耐候高强螺栓的安装施工方法还应符合美国钢结构协会结构连接理事会制定的《使用 ASTM A325或A490螺栓的结构接头规范》。

此外，针对耐候螺栓在不同环境的使用，推荐下述表面处理方案：在气候温和干燥的地区可选用免表面处理的耐候螺栓；免涂装耐候钢桥允许选用经发黑处理的耐候螺栓；气候条件复杂地区建议选用经表面处理、达克罗涂覆或高分子涂装后的耐候螺栓。

日本虽然没有关于钢结构耐候螺栓的国家标准，但是各大钢企均开发了钢结构用耐候螺栓，钢桥常用的耐候高强螺栓对成分和性能的要求与ASTM F3125/F3125M-2020 相当。日本耐候螺栓研发主要依据标准JIS B 1186《摩擦夹紧接头用高强度六角螺栓、六角螺母及平垫圈组件》，近年来还研究开发了具有耐候性能和抗延迟断裂的高强螺栓，其中耐候性能优异的有新日铁的NWB110、神户钢铁的KHB10W和JFE的耐候高强螺栓用钢，抗延迟断裂性能优良的有住友金属的ADS系列、神户钢厂的KNDS系列，其强度级别为10.9S级。

美国、日本经过多年在耐候钢桥梁建造方面的探索及总结、积累，形成了完善的标准体系。但相关耐候钢高强度螺栓技术数据、资料等均停留在20世纪90年代。目前，我国在耐候钢桥推广应用方面的相关技术多参考美国标准，如：设计细节、耐腐蚀指数确定等等。

螺丝君经验与总结

《钢结构用耐候钢高强度螺栓连接副》项目是国家标准体系建设中紧固件领域提出的制定项目之一，进一步完善现有紧固件国家标准，为耐候钢紧固件产品的设计选用和生产制造提供技术依据。标准规定了耐候钢紧固件的机械和物理性能要求，对长期受到所处环境中的水、氧、盐分及酸液所形成的 H+、O2-、Cl-等离子渗透的高强紧固件解决了耐大气腐蚀和延迟断裂问题，增加了紧固件连接的可靠性，满足了钢结构桥梁、电塔等基建设施等行业的使用要求。

我国耐候钢桥的建造起步较晚，随着国民经济的迅速发展和对外技术交流的深入开展高性能耐候钢在钢桥梁上的应用已引起国内有关部门的高度重视，但也有一些技术难题需要研究解决，随着耐候钢桥建造成套技术的规范和完善，对于钢结构用耐候钢高强度螺栓连接副，国家相关科研院所应加强基础研究，根据不同地区的气候特点，开展长时间的大气暴露腐蚀试验，以积累更多的基础数据，分区确定适合我国气候特点的耐腐钢桥和高强度螺栓应用指南，在适宜地区建造免涂装耐候钢桥，兼顾环保及全寿命周期成本较低的优势，具有广阔的发展前景。

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