何骏-新型高性能钢材

1、n11建筑本一班建筑本一班n111612024n 何骏何骏现代新型建筑钢材简述和应用现代新型建筑钢材简述和应用内容提要内容提要高性能钢材的发展趋势高性能钢材的发展趋势高强度钢的特点及其应用高强度钢的特点及其应用低屈强点钢和极低强度钢的特点及其应用低屈强点钢和极低强度钢的特点及其应用耐火结构钢的特点及其应用耐火结构钢的特点及其应用耐候钢的特点及其应用耐候钢的特点及其应用高效焊接钢的特点及其应用高效焊接钢的特点及其应用特殊性能钢的特点及其应用特殊性能钢的特点及其应用高性能钢材的展望高性能钢材的展望1.高性能钢材的发展趋势高性能钢材的发展趋势高性能钢材的发展趋势主要有：高性能钢材的发展趋势主要有：(

2、1) 高强度等级钢材和超厚板钢材高强度等级钢材和超厚板钢材(3) 高效焊接钢高效焊接钢满足建筑满足建筑高层化和大跨距高层化和大跨距的发展需求的发展需求(2) 低屈强比钢和极低强度钢低屈强比钢和极低强度钢提高结构的提高结构的抗震性能抗震性能提高钢材提高钢材焊接性能焊接性能，尤其是提高，尤其是提高大厚度大厚度钢板的焊接性能钢板的焊接性能1.高性能钢材的发展趋势高性能钢材的发展趋势高性能钢材的发展趋势主要有：高性能钢材的发展趋势主要有：(4) 耐火结构钢耐火结构钢 节省钢结构节省钢结构耐火被覆成本耐火被覆成本提高钢结构提高钢结构抗火性能抗火性能(5) 耐候钢耐候钢提高钢结构的提高钢结构的防腐涂装和耐

3、久性能防腐涂装和耐久性能高强度钢高强度钢定义定义？ 指指屈服强度大于屈服强度大于420MPa的钢材。而的钢材。而国外国外的的研究主要集中在屈服强度名义值约为研究主要集中在屈服强度名义值约为690MPa的钢材。的钢材。 低合金结构钢，经调质处理后，具有很好的综低合金结构钢，经调质处理后，具有很好的综合力学性能，其抗拉强度合力学性能，其抗拉强度Sb1200MPa时，叫时，叫高强高强度钢度钢。其抗拉强度其抗拉强度Sb 1500MPa时，称为时，称为超高强度钢超高强度钢。 2.高强度钢的特点及其应用高强度钢的特点及其应用2.1 高强度钢的特点高强度钢的特点 含含一种合金元素一种合金元素的高强度合金钢有

4、铬钢、镍钢、锰的高强度合金钢有铬钢、镍钢、锰钢等；钢等； 含含两种合金元素两种合金元素的合金钢有铬镍钢、铬锰钢、铬钼的合金钢有铬镍钢、铬锰钢、铬钼钢等；钢等； 含含三种以上合金元素三种以上合金元素的高强度合金钢有铬锰硅钢、的高强度合金钢有铬锰硅钢、铬镍钨钢、铬镍钼钢、铬锰钛钢、铬锰钼钒钢等。铬镍钨钢、铬镍钼钢、铬锰钛钢、铬锰钼钒钢等。中合金超高强度钢中合金超高强度钢低合金超高强度钢低合金超高强度钢高合金超高强度钢高合金超高强度钢超高强度钢超高强度钢2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类-国家标准国家标准 (1) 低合金钢按主要质量等级低合金钢按主要质量等级 普通质量低合金钢普通质量低合金钢 优质

5、低合金钢优质低合金钢 特殊质量低合金钢特殊质量低合金钢优质低合金钢优质低合金钢主要包括：主要包括： 可焊接的高强度结构钢可焊接的高强度结构钢（Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、Q390A、Q390B、Q390C、Q390D、Q390E）；）； 低合金耐候钢低合金耐候钢，09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP、16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT； 2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类特殊质量低合金钢特殊质量低合金钢主要包括：主要包括： 低合金高强度钢低合金高强度钢（Q420A、Q420B、Q420C、Q420D、

6、Q420E、Q460C、Q460D、Q460E）；）； 保证厚度方向性能的低合金钢保证厚度方向性能的低合金钢（GB/T 5313规规定的所有低合金钢牌号）；定的所有低合金钢牌号）；2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类(2) 低合金钢主要性能及使用特性低合金钢主要性能及使用特性分类如下：分类如下： 可焊接低合金高强度结构钢可焊接低合金高强度结构钢 Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等。等。 低合金耐候钢低合金耐候钢 09CuPCrNi、09Cu、16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT等。等。 低合金钢筋钢低合金钢筋钢 低合金钢低合金钢 矿用低合金铜

7、矿用低合金铜 其他低合金钢其他低合金钢 2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类-国际标准国际标准2.国际标准国际标准 ISO 4948/2 按照钢的主要质量级别和主要性能及使用特性：按照钢的主要质量级别和主要性能及使用特性： 合金优质钢合金优质钢 合金特殊钢合金特殊钢1.国际标准国际标准 ISO 4948/1 根据化学成分：根据化学成分： 非合金钢非合金钢 合金钢合金钢2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类-欧洲标准欧洲标准 按照化学成分按照化学成分 非合金钢非合金钢 合金钢合金钢欧洲标准欧洲标准EN10020钢级的定义和分类钢级的定义和分类 按照主要质量等级分类按照主要质量等级分类 合金优质钢合

8、金优质钢 合金特殊钢合金特殊钢2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类-美国标准美国标准 美国标准美国标准ASTMA749术语定义术语定义低合金高强度低合金高强度钢为钢为一组高强度用钢一组高强度用钢。 其强度和在某些条件下具有的耐大气腐蚀性能其强度和在某些条件下具有的耐大气腐蚀性能是通过加入适量的一种或多种合金元素而得到的。是通过加入适量的一种或多种合金元素而得到的。 2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类-日本标准日本标准日本标准日本标准JISGO203钢铁术语钢铁术语为了更好地为了更好地改善钢的性能改善钢的性能或使钢具有所要求的性或使钢具有所要求的性能而加入能而加入一种、两种或以上一种、两种或以

9、上的合金元素。的合金元素。 含合金元素超过相关表格的数值的称为含合金元素超过相关表格的数值的称为合金钢合金钢。 按合金元素含量多少按合金元素含量多少： 高合金钢高合金钢 低合金钢低合金钢 2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用 国外国外目前主要使用目前主要使用490MPa 级和级和590MPa 级级钢材，钢材，780MPa 级级钢材也正在积极推广使用。钢材也正在积极推广使用。 日本已开发出屈强比小于日本已开发出屈强比小于0.8 的的590MPa 和和780MPa 的高强厚钢板（的高强厚钢板（80100mm） 国外建筑用高强度钢的力学性能国外建筑用高强度钢的力学性能 2.3 高强度钢的应用高强度钢

10、的应用位于德国柏林的索尼中心大楼，采用了位于德国柏林的索尼中心大楼，采用了S460和和S690高强度钢高强度钢材，有效减小了构件截面，降低了结构体重材，有效减小了构件截面，降低了结构体重 2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用澳大利亚澳大利亚悉尼星城悉尼星城饭店采用饭店采用了了S690高强度钢高强度钢材材 厚度超过厚度超过40mm 时也能保证钢材力学性能、并具有良时也能保证钢材力学性能、并具有良好焊接性能的建筑用好焊接性能的建筑用特厚钢板和特厚特厚钢板和特厚H 型钢型钢也已研制成功，也已研制成功，钢板厚度达钢板厚度达90100mm，H 型钢翼缘厚度达型钢翼缘厚度达7090mm。 2.3 高强度钢

11、的应用高强度钢的应用2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用北京奥运会主体育场北京奥运会主体育场“鸟巢鸟巢”主体工程，采用主体工程，采用“津西津西牌牌”250250 mm、300300 mm等规格等规格H型钢产型钢产品品 2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用中央电视台新大楼使用中央电视台新大楼使用300300mm、400400mm等规格等规格H型型钢产品钢产品 2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用 我国现行的标准我国现行的标准 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢(GB1591-94)有有5 个强度等级，即个强度等级，即Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，目前的主要建筑用钢为目前的主

12、要建筑用钢为Q235 和和Q345(相当于相当于490MPa 级级)。 在国内，高强度钢材的应用虽然缺乏规范的指导，但在在国内，高强度钢材的应用虽然缺乏规范的指导，但在实际工程中也有少量的应用，如北京奥运会体育场实际工程中也有少量的应用，如北京奥运会体育场鸟巢鸟巢和和央视新大楼央视新大楼也大量使用了也大量使用了Q420和和Q460等高强度钢材。等高强度钢材。 2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用中国自主创新的中国自主创新的Q460钢材钢材,撑起了鸟巢的钢筋铁骨撑起了鸟巢的钢筋铁骨 2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用 在输电塔上，在输电塔上，2002年华东电力设计院设计的年华东电力设计院设计的

13、500KV从从工程，塔身下面的四段主材率先采用了工程，塔身下面的四段主材率先采用了Q390钢管钢管，实现了实现了我国输电线路中高强钢管塔应用零的突破我国输电线路中高强钢管塔应用零的突破；吴吴淞淞口口大大跨跨越越钢钢塔塔架架 2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用 2005年投运的年投运的750KV官厅兰州东段输电塔线路工程，官厅兰州东段输电塔线路工程，率先使用了率先使用了Q420高强钢高强钢，又实现了高强钢在角钢输电塔中，又实现了高强钢在角钢输电塔中应用的突破，并且由于使用了高强度钢材应用的突破，并且由于使用了高强度钢材使得铁塔重量降使得铁塔重量降低低10左右左右。 官厅兰州东段输电塔官厅兰州东

14、段输电塔 2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用 广州新电视塔全部采用高强钢，总重广州新电视塔全部采用高强钢，总重5.5万吨，外筒大万吨，外筒大约约3万吨，混凝土万吨，混凝土15万立方米，电视塔的总重量达到万立方米，电视塔的总重量达到10万吨万吨以上。以上。 “细腰细腰”最小处直径仅最小处直径仅30多米，可抗多米，可抗8级地震级地震 。2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用让业内震惊的是，组成新电视塔的一万多个钢构件竟然让业内震惊的是，组成新电视塔的一万多个钢构件竟然没有一个是相同的。这是由塔身扭转的造型决定的。没有一个是相同的。这是由塔身扭转的造型决定的。 2.3 高强度钢的应用高强度钢的应用世

15、界最高摩天轮世界最高摩天轮 3 低屈强点钢和极低强度钢的特点及其应用低屈强点钢和极低强度钢的特点及其应用低屈服点钢低屈服点钢定义定义？ 低屈服点钢材习惯上称之为低屈服点钢材习惯上称之为“软钢软钢”。其中屈服点较。其中屈服点较低的一种，即：低的一种，即：极低屈服点钢材极低屈服点钢材，指的是通过不断降低钢，指的是通过不断降低钢材中的碳以及其他合金元素的含量、掌握好轧制时的最佳材中的碳以及其他合金元素的含量、掌握好轧制时的最佳温度及轧制后经过必要的热处理等手段，得到屈服点一般温度及轧制后经过必要的热处理等手段，得到屈服点一般在在80120MPa之间、延伸率之间、延伸率50的钢材。的钢材。3.1 低屈

16、强点钢和极低强度钢的特点低屈强点钢和极低强度钢的特点 极低屈服点钢极低屈服点钢的的屈服应变屈服应变仅为普通钢材的仅为普通钢材的1/3，屈强比屈强比为为普通低碳钢的普通低碳钢的1/2.5，变形能力变形能力约为普通低碳钢的约为普通低碳钢的2倍。倍。 软钢与普通低碳钢软钢与普通低碳钢的化学成分及力学性能比较见下表。的化学成分及力学性能比较见下表。3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点低屈强点钢和极低强度钢的特点 日本新日铁日本新日铁最先最先提出提出软钢抗震阻尼器软钢抗震阻尼器构件构件，并于，并于1995年成年成功开发了用于阻尼器功开发了用于阻尼器的极低屈服点钢，牌的极低屈服点钢，牌号为号为BLY-10

17、0，BLY-225等，其屈服强度等，其屈服强度波动范围有严格的要波动范围有严格的要求，拉伸曲线如右图求，拉伸曲线如右图所示。所示。 3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点低屈强点钢和极低强度钢的特点软钢的特点：软钢的特点：3.2 低屈强点钢的应用实例低屈强点钢的应用实例4 耐火结构钢的特点及其应用耐火结构钢的特点及其应用耐火结构钢耐火结构钢定义定义？ 耐火钢的概念是日本于上世纪耐火钢的概念是日本于上世纪8080年代率先提出的。耐年代率先提出的。耐火钢是指通过在钢材中添加耐高温的合金元素火钢是指通过在钢材中添加耐高温的合金元素MoMo、CrCr、NbNb等，使得钢材等，使得钢材在在600600o

18、oC C时的屈服强度不小于常温屈服强度的时的屈服强度不小于常温屈服强度的2 23 3，且，且其他性能其他性能( (如可焊性等如可焊性等) )与相应规格的普通结构钢基与相应规格的普通结构钢基本一致本一致。 4 耐火结构钢的特点及其应用耐火结构钢的特点及其应用传统结传统结构钢和构钢和耐火钢耐火钢在室温在室温性能相性能相同时，同时，其屈服其屈服强度对强度对温度的温度的敏感性敏感性4.1 火灾对钢结构的危害火灾对钢结构的危害 钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，温度为钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，温度为400时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半，时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半，温度达温度达

19、到到600时，钢材基本丧失全部强度和刚度时，钢材基本丧失全部强度和刚度。因此，当。因此，当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，结构很容易遭到破坏。结构很容易遭到破坏。 1967年美国蒙哥马利市的一个饭店发生火灾，钢结构屋年美国蒙哥马利市的一个饭店发生火灾，钢结构屋顶被顶被烧塌烧塌；1970年美国年美国50层的纽约第一贸易办公大楼发生火灾，楼层的纽约第一贸易办公大楼发生火灾，楼盖盖钢梁被烧扭曲钢梁被烧扭曲10cm左右；左右；1990年英国一幢多层钢结构建筑在施工阶段发生火灾，年英国一幢多层钢结构建筑在施工阶段发生火灾，造成造成钢梁、钢柱

20、和楼盖钢桁架的严重破坏钢梁、钢柱和楼盖钢桁架的严重破坏；2001.9.11 9时时03分，被劫持的美洲航空公司第分，被劫持的美洲航空公司第77次航班次航班波音波音757客机撞向纽约世贸中心大楼南楼客机撞向纽约世贸中心大楼南楼 ，双塔楼中，双塔楼中1号楼号楼10时时28分倒塌，分倒塌，2号楼号楼9时时50分倒塌。分倒塌。 美国美国“911”事件是引发全球事件是引发全球对建筑用耐火钢开发热潮的起源对建筑用耐火钢开发热潮的起源美国美国911世贸大厦世贸大厦我国一些建筑物的钢结构屋盖在发生我国一些建筑物的钢结构屋盖在发生火灾倒塌火灾倒塌的实例。的实例。 重庆天原化工厂重庆天原化工厂 钢屋架钢屋架 19

21、60.2.18 20min倒塌倒塌 上海文化广场上海文化广场 钢屋架钢屋架 1969.12 倒塌倒塌 天津市体育馆天津市体育馆 钢屋架钢屋架 1973.5.5 19min倒塌倒塌 长春卷烟厂长春卷烟厂 钢木屋架钢木屋架 1981.4.5 倒塌倒塌 北京友谊宾馆剧场北京友谊宾馆剧场 钢木屋架钢木屋架 1983.12 20min倒塌倒塌 唐山市棉纺织厂唐山市棉纺织厂 钢梁钢梁 1986.2.8 20min倒塌倒塌 北京高压气瓶厂北京高压气瓶厂 钢屋架钢屋架 1986.4.8 倒塌倒塌 江油电厂俱乐部江油电厂俱乐部 钢屋架钢屋架 1987.4.21 20min倒塌倒塌 泉州钢结构冷库泉州钢结构冷库

22、钢结构钢结构 1993 3600m2的库房倒塌的库房倒塌昆山市的一轻钢结构厂房昆山市的一轻钢结构厂房 钢结构钢结构 1996 4320m2的厂房烧塌的厂房烧塌北京某家具城北京某家具城 钢结构钢结构 1998 整体倒塌整体倒塌 济南奥体中心体育馆发生火灾事故济南奥体中心体育馆发生火灾事故4.2 耐火结构钢应用实例耐火结构钢应用实例 2002年年8月月,武钢为北京国家大剧院提供武钢为北京国家大剧院提供406mm和和508mm耐火耐候钢管耐火耐候钢管(WGJ510C2)共计共计240根，近根，近300吨，用于钢管劲性柱。吨，用于钢管劲性柱。 5 耐候钢的特点及其应用耐候钢的特点及其应用耐候钢的耐候钢

23、的定义定义？ 耐候钢是指在耐候钢是指在恶劣环境条件下（主要是指腐蚀较强的恶劣环境条件下（主要是指腐蚀较强的环境），具有较强工作性能的钢材环境），具有较强工作性能的钢材。 耐候钢的特点耐候钢的特点： 在大气中具有更优良的抗蚀性能在大气中具有更优良的抗蚀性能 价格较为低廉价格较为低廉5.1 耐候钢的特点耐候钢的特点 耐候钢原理耐候钢原理：钢中加入磷、铜、铬、镍等：钢中加入磷、铜、铬、镍等微量元素后，微量元素后，使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻碍锈蚀往，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下面的基体，里扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度以减缓

24、其腐蚀速度。 耐候钢是耐候钢是可减薄使用可减薄使用、裸露使用或简化涂装裸露使用或简化涂装，而使制，而使制品抗蚀延寿、省工降耗、升级换代的钢系，也是一个品抗蚀延寿、省工降耗、升级换代的钢系，也是一个可融可融入现代冶金新机制、新技术、新工艺入现代冶金新机制、新技术、新工艺而使其持续发展和创而使其持续发展和创新的钢系。新的钢系。 5.2 耐候钢的应用耐候钢的应用上海世博会澳大利亚国家馆完成对其上海世博会澳大利亚国家馆完成对其独特的耐候钢覆层外墙的最后装饰独特的耐候钢覆层外墙的最后装饰5.2 耐候钢的应用耐候钢的应用西南部俯瞰图西南部俯瞰图5.2 耐候钢的应用耐候钢的应用上海世博会澳大利亚国家馆上海世

25、博会澳大利亚国家馆 6 高效焊接钢的特点及其应用高效焊接钢的特点及其应用高效焊接钢的高效焊接钢的定义定义？ 指金属材料对指金属材料对焊接加工的适应性焊接加工的适应性和金属在一定的和金属在一定的焊接焊接方法方法、焊接材料焊接材料、工艺参数工艺参数及及结构型式结构型式条件下，获得条件下，获得优质优质焊接接头焊接接头的难易程度。的难易程度。 控温控轧技术（控温控轧技术（TMCPTMCP技术）技术）是高性能钢板降低焊接预是高性能钢板降低焊接预热温度所采用的一项关键技术。热温度所采用的一项关键技术。6 高效焊接钢的特点及其应用高效焊接钢的特点及其应用6 高效焊接钢的特点及其应用高效焊接钢的特点及其应用6 高效焊接钢的特点及其应用高效焊接钢的特点及其应用1998年年4月月5日，世界上目前最长的吊日，世界上目前最长的吊桥桥日本明石海峡大桥正式通车。日本明石海峡大桥正式通车。 不锈钢不锈钢定义定义？ 在在空气中空气中或或化学腐蚀介质化学腐蚀介质中能够中能够抵抗腐蚀抵抗腐蚀的一种的一种高合金钢高合金钢。7.不锈钢的