求
例如可焊性
!
耐蚀性
!
耐磨性
成型性等
从而形成了各种
低合金高强度钢系列
∀
近
∗
年来
由于市场需求和技
术进步的共同推动
低合金高强度钢的品种 有 了 很 大 的 发
展
∀
采用合金化
!
微合金化
≈
这可从本质上改善钢材塑性
和韧性的细小晶粒
并最大限度地控制
° ! ≥
等有害于塑性
!
韧性的杂质含量
与相应的生产工艺
可以得到各种各样的
强度和韧性组合
∀
例如对于轧制状态下的低碳锰钢
其屈服
强度只能达到
°
且其脆性转变温度位于较高的水平
但这类钢经过正火后可以稍微提高强度和改善韧性
∀
因为
正火可以使钢材的组织均匀
晶粒细化
在钢材的各种强化
机制中
例如提高碳当量强化
!
合金元素沉淀强化
!
形变强化
等
细化晶粒是唯一既能提高强度又能降低脆性转变温度的
方法
≈
∀
并可消除部分轧制应力
在不降低强度或少许降
低强度的前提下提高钢材的塑韧性
对于含
!∂ !×
等元素
的钢种
通过正火
可以使微合金碳
!
氮化合物进一步析出
以增加沉淀强化的效果
≈
∀
微合金化加热机械控制轧制的
铁素体珠光体钢种在维持正火状态韧性水平条件下
其屈服
强度可以提高至
∗ °
控制轧制后加速冷却的贝氏
体钢
其屈服强度还可以进一步提高到
∗ °∀
为了
达到更高的强度和更好的韧性
则必须采用淬火
回火的调
质工艺
∀
如结合适当的合金化
调质后的低合金高强度钢的
屈服强度可以达到
∗ °
而且脆性转变温度
Τ
可
以保持到
ε
以下的水平
∀
此外
试验已经表明
≈
对屈
服强度为
°
的低合金钢
在不改变主要化学组成的情
况下
通过纯净化和细化晶粒
其屈服强度可以提高一倍
即
达到
°∀
而超级合金结构钢
例如具有耐疲劳性能的
高强螺栓钢
其强度可以提高到
°∀
5
低合金高强度结构钢
6
标准
2
体系在我国的
建立
!
先进技术装备和现代钢铁新工艺的采用
已经完全改变
了我国钢种的面貌和内涵
原来一 统 天 下 的 低 合 金 钢 品 种
钢现在只是
±
牌号下的一个钢种
∀
用户完全可以不
局限于
以及旧标准中的
! ∂
等钢号
而根据工
程的要求
提出相应的牌号
∀
我国知名的低合金高强度钢生
产企业鞍钢
!
武钢
!
宝钢集团浦钢公司
!
舞钢等均能生产出符
合国外标准或国内标准的相应牌号
例如
≥ !
以及
±
等优良实物质量的钢板
≈
以满足用户的不同需要
∀
3
建筑钢结构用高性能结构钢的发展
近几年来
基于安全性
!
经济性
!
空间利用和造型美观
等方面的考虑
建筑业及钢结构制造厂对新一代的结构用钢
提出了多样化的性能需求
并投入了相当多的人力资源
开
发出一系列高性能结构用钢
附予这些钢材各种不同的规格
外性质保证
以实现增强钢结构安全性
!
适用性
!
降低钢结构
造价的效益
∀
例如
为了节省钢结构耐火被覆的成本
而导
致了耐火钢的开发
∀
基于抗震安全的考虑
开发了低屈服比
结构用钢
≈
∀
以下就耐火结构用钢
!
低屈服比结构用钢两个
部分
介绍我国现有的研究成果和发展现状
∀
耐火结构用钢
钢材的特性是耐热而不耐火
一般可以认为随着温度的
升高
钢材的力学性能会发生明显变化
主要表现在强度和
刚度的明显降低
∀
当温度为
ε
时
其屈服强度降低一半
温度为
ε
时
钢材基本丧失承载能力
≈
∀
因此
当建筑钢
结构发生火灭时
由于周围环境温度的上升
使得钢结构的
承载能力降低
并有发生建筑物倒塌酿成巨灾的可能
年
/ 0
事件中位于美国纽约的世贸中心受飞机撞击并使
大量航空燃油爆炸燃烧后引起倒塌便是一例
∀
为了避免此
类灾害的发生
规范规定各类建筑钢结构梁
!
柱表面的温度
超过
ε
时
必须覆盖适当厚度的隔热保护层
∀
但此种作
业不仅增加建筑成本
造成环境污染
而且也减少了建筑物
的有效空间
∀
因此
开发高温强度减损幅度较低的钢材是非
常迫切的
∀
耐火结构用钢的冶金原理和生产技术是相当简
单的
即要求添加
1 ∗ 1
的铝合金
来提高钢材
的高温强度
∀
中国钢铁公司
台湾地区
下同
已在实验室及
现场进行了耐火钢的开发研究
∀
实验证明
添加
合金能
缓和钢材高温强度的降幅
使得在
ε
时
其强度显著地优
于传统钢材
屈服强度能够维持在室温规格值的
以上
∀
采用
≤22
成分
可以保证在
ε
时
其屈服比不小于
的要求
∀
武钢自主开发成功的高性能耐火耐候结构用
钢
• ≤
钢
已经由试验证明
其具有良好的综合力学
性能
其耐火性能与日本的
ƒ
钢相当
即保证在
ε
高温
下其屈服强度不低于标准要求的屈服强度的
≈
这也是
保证建筑结构用钢安全性的一个必要的许用指标
∀
低屈服比结构用钢
屈服比
ΨΡ
是钢材屈服强度与抗拉强度的比值
其大
小反映了钢材塑性变形时不产生应变集中 的 能 力
由 文 献
≈
可知
结构用钢材的屈服比
ΨΡ !
屈服点伸长
Ε
Λ
!
均匀伸
长率
Ε
υ
和应变硬化指数
ν
四者之间有如下的关系
Ε
υ
¬ ν ν
ΨΡ ν Ε
Λ
ν≈ Ε
Λ
上两式表明
钢材的屈服比越低
其均匀伸长率即材料破坏
前产生稳定塑性变形的能力就越高
即使结构出现局部超载
失稳也不至于发生突然的倒塌断裂
≈
∀
另由结构分析理论可知
当长度为
Λ
的梁承受地震所
产生的等梯度力矩
Μ
作用时
其在破坏前所能扩散的塑性
应变区范围
Λ
Π
为
≈
Λ
Π
ΨΡ ≅ Λ
由此又可知
ΨΡ
越低
钢材的塑性变形越能均匀分布到较广
的范围
从而避免因应变集中而降低钢材整体塑性变形的能
力
∀
由文献
≈
可知
低
ΨΡ
钢材制成的梁柱结构体系在地
震力作用下
其塑性变形可以均匀地分布到较广的范围
而
高
ΨΡ
的材料
则可能会发生应变集中而导致结构的脆性破
坏
∀
因此
目前在设计上要求钢构件塑性应变区的扩散长度
Λ
Π
能大于梁的高度
∀
由公式
可算得
ΨΡ
要小于
≈
这是目前抗震结构对所用钢材屈服比
ΨΡ
的要求
∀
× ≤°
控温控轧技术
制程是生产高性能钢材所采用的
一项关键技术
∀
这项技术利用降温设备
通过按性能要求控
第
期
徐伟良等
我国建筑钢结构新型钢材的发展现状
第
卷