超高强度钢材钢结构的工程应用

　摘

 要：超高强度钢材钢结构基于其特有的性能及结构优点，被广泛的应用于工程施工中 ，

是很多工程项目必备的原材料。本文将对超高强度钢材材料性能做分析，同时探讨超高强度
钢材钢结构的优点，然后会进一步介绍超高强度钢材钢结构在建筑结构工程及桥梁工程中
的应用。

 　　 

　　关键词：

 超高强度 钢材 钢结构 工程 

　　

 

　　前言

 

　　超高强度钢一般是指屈服强度大于

1380MPa 的高强度结构钢。20 世纪 40 年代中期，美

国用

AISI4340 结构钢通过降低回火温度，使钢的抗拉强度达到 1600～1900MPa。50 年代以

后，相继研制成功多种低合金和中合金超高强度钢，如

300M、D6AC 和 H 一 11 钢等。60 年

代研制成功马氏体时效钢，逐步形成

18Ni 马氏体时效钢系列，70 年代中期，美国研制成

功高纯度

HP310 钢，抗拉强度达到 2200MPa。法国研制的 35NCDl6 钢，抗拉强度大于

1850MPa，而断裂韧度和抗应力腐蚀性能都有明显的改进。 80 年代初，美国研制成功
AFl410 二次硬化型超高强度钢，在抗拉强度为 1860MPa 时，钢的断裂韧度达到 160 MPa·
以上，

AFl410 钢是目前航空和航天工业部门正在推广应用的一种新材料。 

　　现在，以改变合金成分提高超高强度钢的强度和韧性已很困难。发展超高强度钢的主要
方向是开发新工艺、新技术，提高冶金质量，如采用真空冶炼技术，最大限度降低钢中气体
和杂质元素含量，研制超纯净超高强度钢；通过多向锻造和形变热处理，改变钢的组织结
构和细化晶粒尺寸，从而提高钢的强度和韧性，例如正在发展的相变诱发塑性钢

(TRIP 钢)

等。

 

　　一、超高强度钢材材料性能

 

　　

1．超高强度钢材的合金成分 

　　超高强度钢是通过淬火和回火处理获得较高的强度和韧性，钢的强度主要取决于钢中
马氏体的固溶碳浓度。含碳量增加，钢的强度升高；而塑性和韧性相应降低。因此，在保证
足够强度的原则下，尽可能降低钢中含碳量，一般含碳量在

0.30～0.45％。钢中合金元素总

量约在

5％左右，Cr、Ni 和 Mn 在钢中的主要作用是提高钢的淬透性，以保证较大的零件在

适当的冷却条件下获得马氏体组织，

Mo、W 和 v 的主要作用是提高钢的抗回火能力和细化

晶粒等。

 

　　

2．超高强度钢的材料特性 

　　中国研制的

40CrNi2Si2MoVA 钢是一种强度高，纯洁度要求严的低合金超高强度钢。采

用精炼脱硫的原材料，经过真空感应炉和真空白耗炉两次真空冶炼工艺，钢中硫和磷含量
分别降低到

0.002～0.003％和 0.005～0.008％，明显改善了大截面锻件的横向塑性和韧性。

在抗张强度为

1925MPa 条件下，钢的断裂韧度达到 85.1MPa

√m。经疲劳试验证明，用于制

造飞机起落架可使寿命延长三倍以上，达到起落架与飞机机体同寿命的世界先进水平。

 

　　

H

—11 钢是最早研制成功和使用的中合金超高强度钢。钢的含碳量约 0.40％，含铬 5％。

钢的淬透性高，一般零件在空气冷却条件下即可获得马氏体组织。经

500C 回火时，析出

M2C(M 表金属元素)和 V4C3，产生二次硬化效应，钢的强度达到 1962MPa 以上。该类钢具
有较高的中温强度，除用于制作热作模具外还制作飞机发动机后框架等，在

400～500

℃工

作条件下能承受较高的应力。

 

　　

 

　　二、超高强度钢材钢结构的优点