浅析耐候钢与普通镀锌钢在输电线路铁塔上的应用比较

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0 引言

现阶段我国输电线路铁塔防腐方式基本采用镀锌防腐，在镀锌工艺过程中的除锈、酸洗、热镀锌等环节会带来较大的材料浪费和环境污染等，与国家提出的绿色低能产业相悖。采用节能、环保的新材料、新工艺和新技术是输电线路铁塔生产企业迫在眉睫要解决的问题。耐候钢是一种大气防腐蚀合金钢，具有自防腐性能。本文主要从耐候钢与普通镀锌钢输电线路铁塔产品技术性能、防腐性能、检验标准等方面进行分析对比，得出国内输电线路铁塔制造可以大批量应用耐候钢代替普通镀锌钢。

1 耐候钢的技术性能优势

耐候钢，是通过添加少量合金元素(如铜、磷、铬、镍等)，并与空气中的氧气以及水分反应，在表面生成致密的非晶态尖晶石氧化物，防止进一步腐蚀钢材基体。具有优质钢的强韧、塑延、焊割、疲劳等特性[1]。将耐候钢应用在输电线路铁塔中，减少了酸洗、热镀锌等制作流程，可节省大量的人力物力，符合当下国家绿色节能环保的发展理念。因此耐候钢输电线路铁塔从原材料上一次性解决了其在应用过程中的防腐问题，可以实现输电线路终身免维护。

2 国内对耐候钢输电线路铁塔上的研究历程

当前输电线路铁塔主要还是以热浸镀锌材料为主，较难满足国家提出的绿色、节能、环保的新要求，为了符合国家电网提出的输电线路“两型三新”和“全寿命周期”建设理念，国内较多机构在耐候钢输电线路铁塔研究上取得了重大成果并形成了相关标准。主要研究历程如下：中国电力科学研究院有限公司2006年首次承担“耐候及冷弯型钢在输电线路的应用研究”科研项目，该项目解决了耐候及冷弯型钢铁塔设计及应用的关键技术问题，设计并通过真型试验的220k V双回路冷弯型钢铁塔表示，采用冷弯角钢可减轻塔重4%左右[2]。2009年，中国电力科学院与福建省电力公司合作，采用Q450NQR1耐候冷弯角钢铁塔在厦门220千伏梧侣—内官线路中首次试点应用[3]，但因耐候高强钢输电线路铁塔采用喷锌工艺进行防腐，未裸露使用，导致耐候高强钢表面锈层稳定化时间延长。2014年1月，中国电力科学院联合国网福建省电力有限公司电力科学研究院，在《耐候钢和渗铝钢在输电铁塔中应用的可行性研究》项目研究过程中，研发了输电铁塔专用耐候钢种，并首次试制了热轧耐候角钢和冷弯耐候角钢。2020年7月国家电网有限公司发布了Q/GDW 11960-2019《架空输电线路耐候钢杆塔加工技术规程》和Q/GDW 11961-2019《架空输电线路耐候钢杆塔设计和施工验收规范》2份企业标准，对耐候钢输电线路铁塔的结构设计、加工、组立施工及验收进行了详细的规定，进一步规范了耐候钢在输电线路铁塔上的推广应用。2020年10月1日中国电力企业联合会将发布T/CEC 305.1～4-2020《架空输电线路耐候钢杆塔 第1～4部分：耐候结构钢、设计、加工、耐候钢紧固件》共4份标准。

3 对耐候钢及普通镀锌钢输电线路铁塔的研究比较

3.1 耐候钢与普通镀锌钢力学性能比较 耐候钢的牌号同普通镀锌钢牌号表示方式相同，但牌号未具体对应。以耐候钢Q355NH牌号举例。

表1 普通镀锌钢与耐候钢抗拉强度比对表

由表1可以得出钢材的抗拉强度提升了20MPa，强度优于普通镀锌钢。

3.2 耐候钢与普通镀锌钢输电线路铁塔耐腐蚀性比较 国外Legault和Leckie公布了基于钢的化学成分来预测暴露于不同环境下15.5年后的低合金钢的腐蚀情况的公式，修订后业内公认的耐腐蚀性指数计算公式如下：

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《架空输电线路耐候钢杆塔加工技术规程》6.1.1条规定耐候钢的耐腐蚀性指数，应不低于6.5。因耐候钢中添加了少量合金元素Cu、Cr等，使其表面与大气能形成致密和粘附性良好的稳定锈层。有研究表明耐候钢的耐腐蚀性为普通镀锌钢的2～8倍，特别是在工业大气和海洋环境中耐候钢的性能明显优于普通镀锌钢。

3.3 耐候钢与普通镀锌钢输电线路铁塔加工成本比较 耐候钢输电线路铁塔加工后，不需要进行镀锌处理，可以全裸露使用。普通镀锌钢输电线路铁塔加工后，需进行除锈、酸洗、镀锌等工艺。根据市场价格比较，耐候钢较普通镀锌钢价格高约1000元/吨，普通钢镀锌成本价格约1700元/吨，耐候钢较普通镀锌钢加工成本节约700元/吨。

3.4 耐候钢与普通镀锌钢输电线路铁塔环保效益比较 热镀锌行业对环境的污染主要是为工业废水、工业废气和工业废渣，污染物会直接导致人体、土质、水源、水生物等毒害作用。而耐候钢可以直接裸露使用，间接避免了对环境的污染。

4 结论

综上所述，耐候钢输电线路铁塔各方面性能优于普通镀锌输电线路铁塔，国内应全面推广使用。但笔者发现Q/GDW 11960-2019标准规定耐候钢输电线路铁塔需配套耐候钢的螺栓使用，国内现未对耐候钢螺栓进行详细规定。同时Q/GDW 11960-2019标准中使用的耐候钢牌号与GB/T 4171中的牌号未一一对应，需进一步明确研究。