微合金化——提高耐候橋梁鋼質量的基石
我國對耐候鋼的研究和開發始于20世紀60年代，1965年在國內成功試制了09MnCuPTi耐候鋼。20世紀80年代初，耐候鋼被列入國家重點科技攻關項目，發展迅速。后來，我國發展了以09CuPTiRE和09CuPCrNi為代表的耐候鋼，并開始大規模生產。然而，耐候橋梁鋼尚未得到廣泛應用。
耐候鋼的性能不斷提高
1989年底，寶雞大橋廠在京廣鐵路原武漢分公司荀石河上制造了鋼號為NH35Q的三孔耐候鋼箱梁。這是中國第一座耐候鋼橋。作為一座試驗橋，建橋工人在橋中間露出一個洞，在另外兩個洞上油漆。1992年10月，耐候鋼橋成功建成通車。在長期的使用過程中，建橋工人對該橋鋼梁進行了多次跟蹤觀察，發現鋼梁頂蓋板和兩側板表面形成的銹層呈深褐色，非常密實，用硬物刮擦未發現剝落；由于下底板直接被河水蒸發的水汽侵蝕，長期處于潮濕狀態，無法形成穩定致密的銹層，且銹層易剝落。之后，改為繪畫。
耐候鋼在研制成功后，并沒有得到廣泛的應用。究其原因，一是當時橋梁鋼的耐候性沒有引起橋梁制造部門的重視；二是相關單位沒有對NH35Q進行大力推廣；三是鋼的發展未能形成系列，不能滿足橋梁工程發展的需要。
隨著我國經濟的不斷發展，橋梁建設中使用耐候鋼的呼聲引起了橋梁鋼開發商的重視。以武鋼、鞍鋼、寶鋼為代表的中國鋼鐵企業開始不斷嘗試和發展。相關研究和試驗表明，耐候鋼具有良好的力學性能、焊接性和耐環境腐蝕性。與普通碳鋼相比，采用耐候鋼的橋梁工程造價幾乎相同或略有增加，但全壽命周期造價大大降低。因此，耐候鋼在鋼結構橋梁中具有廣泛的應用價值。
隨著新鋼種的不斷引進，我國耐候鋼的性能得到了提高。在化學成分方面，碳含量不斷降低，焊接碳當量和冷裂紋敏感性系數不斷降低，焊接性能不斷提高。生產工藝從淬火+回火發展到TMCP，不僅降低了生產成本，而且縮短了生產周期。由回火馬氏體和傳統鐵素體轉變為貝氏體和針狀鐵素體，極大地提高了鋼的強度、韌性、焊接性、耐候性和加工性能。
高性能耐候橋梁鋼的研究與開發
隨著冶金技術的發展，現代高性能耐候橋用鋼的碳含量通常控制在0.08%以下，以提高鋼的韌性和焊接性；耐候元素如銅、鎳、鎳、鎳等，為提高耐候鋼的韌性和耐蝕性，在耐候鋼中加入少量鉬和鉻。
我國高性能耐候橋梁鋼有三條發展道路：
一是傳統的調質生產工藝。如美國橋梁結構鋼標準（ASME709/A709M-95）中70W（碳含量≥0.12%）對焊接工藝要求高，焊前預熱要求高，生產周期長，成本高。
二是低碳TMCP工藝。鋼的含碳量一般在0.07%～0.11%之間。雖然不需要調質處理，但由于含碳量較高，在實際應用中仍存在一些問題。例如，鋼板越厚，焊接敏感系數越高，焊接時需要預熱，采用大線能量焊接存在韌性降低的問題。
三是超低碳貝氏體鋼路線。超低碳貝氏體鋼的碳含量嚴格控制在0.05%以內。因此，它具有高強度、高韌性和良好的焊接性。同時，由于貝氏體組織均勻性好，微區電極電位差小，具有良好的耐蝕性。而且這種鋼無需調質處理，降低了生產成本，縮短了生產周期，是目前高強度耐候橋梁鋼的發展趨勢。
此外，武鋼開發的WNQ570鋼（Q420qE）的耐腐蝕設計思想是采用超低碳（小于0.02%）并輔以銅、鉻、鎳等適宜的耐候性元素，經高純凈化處理后，經適當的澆軋熱處理，可獲得鋼板針狀鐵素體結構具有良好的組織均勻性，其耐大氣腐蝕性能顯著提高。
由于采用低碳、微合金化等成分設計和TMCP或TMCP+T生產工藝，目前國內高性能耐候橋梁鋼具有較為明顯的結構均勻性和優異的沖擊韌性。
微合金化使耐候橋鋼名副其實
我國研制開發的高性能耐候橋梁鋼是通過添加微量合金元素，特別是鈮元素來提高其力學性能。從不銹鋼中添加鈮的結果來看，鈮對抑制點蝕有明顯的作用。采用交流阻抗法研究了含鈮鋼在海水中的腐蝕行為。結果表明，含鈮鋼的腐蝕電位隨腐蝕時間的延長而增大。結果表明，Nb鋼的耐蝕性優于碳鋼，Nb鋼的腐蝕產物比碳鋼致密，相當于在Nb鋼表面形成一層保護膜。因此，可以說鈮可以起到防腐的作用，而鈮微合金化可以提高耐候橋梁鋼的耐腐蝕性能。
此外，鈮能明顯細化鋼中的晶粒。以鞍鋼為例，研究了不同晶粒度對橋梁耐候鋼耐候性的影響，以及不同鈮含量對橋梁耐候鋼耐候性的影響。結果表明，晶粒細小的橋梁耐候鋼具有較好的耐蝕性。這充分證明了鈮的晶粒細化能顯著提高耐候鋼的耐大氣腐蝕性能。
2015年，我國橋梁鋼材年消費量為240-270萬噸。根據這一假設，如果我國橋梁用耐候鋼水平達到日本平均水平，我國每年使用的耐候鋼市場潛力為36萬-40萬噸，如果達到美國水平，每年使用的耐候鋼市場潛力為108-120萬噸。可見，我國耐候橋梁梁鋼的市場潛力仍然很大。
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