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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

 ∗ 

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

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

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



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

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

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

其屈服强度降低一半

温度为

 ε

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



/  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

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

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

≤22

成分

可以保证在

 ε

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

• ≤

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

≈

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

由文献

≈

可知

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

ΨΡ

的材料

则可能会发生应变集中而导致结构的脆性破

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

徐伟良等

我国建筑钢结构新型钢材的发展现状

