建筑新型鋼鐵材料研究

唐吉雨 張 俊 成佳俊

三江學院主校區

建筑新型鋼鐵材料研究

唐吉雨 張 俊 成佳俊

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近年來，隨著建筑鋼結構的發展，為求保證建筑的安全性、經濟性以及對于空間的充分利用以及建筑外觀的造型要求，建筑業對于新型鋼結構的性能需求也變得多樣化。鋼鐵產業為此投入了大量的人力物力，用于研發高性能結構用鋼，并為這類鋼材附加了很多規格外的性能保障。反觀國外發達地區與國家，建筑業將會是鋼材使用的重要市場之一，為更好的服務建筑市場，推動建筑行業的技術升級，鋼材加工業也需要與時俱進，研發新型高性能鋼材。建筑以及冶金業兩個行業間需要相輔相成，共同進步，推動我國的產業升級、經濟發展。為提高鋼結構的耐震性能，低屈服比的結構用鋼也應運而生。下文就低屈服比結構用鋼進行分析研究。

建筑；鋼材；強度

1 引言

我國建筑鋼結構產業的發展計劃已流入“十五”計劃并計入2010年發展規劃綱要，文件中訂立了鋼結構用鋼達占全國鋼材總產量的4%～6%這一目標，時至今日已經達到這一標準。我國曾經在建筑相關政策中規定嚴格的限制建筑中鋼結構的使用，為實現建筑行業的產業升級，這一政策業已取消。不僅如此，明確提出在高層建筑、高聳型結構建設、重型工業廠房的建設、大型建筑物以及大型設備的架構中多加應用，這一推廣政策不僅帶動了鋼結構加工行業以及安裝行業的迅猛發展，建筑行業的技術升級實現了建筑的大跨度結構、高層超高層結構，而建筑用鋼材也逐漸進入了新的階段，鋼材的高強化、低屈服點、低屈服比以及板厚化、鋼材專用化方向發展著。本文就建筑用鋼的強度硬度熱處理展開研究。

2 鋼結構中鋼材的應用

近年來，隨著建筑鋼結構的發展，為求保證建筑的安全性、經濟性以及對于空間的充分利用以及建筑外觀的造型要求，建筑業對于新型鋼結構的性能需求也變得多樣化。鋼鐵產業為此投入了大量的人力物力，用于研發高性能結構用鋼，并為這類鋼材附加了很多規格外的性能保障。鋼結構耐火性能一直是結構可靠性的重要因素，而傳統常規的鋼結構耐火性能都比較差，一般是采用耐火涂料來加強鋼材的耐火性，但耐火被覆的成本過高。為減少耐火等級提升成本，研發了耐火鋼。為提高鋼結構的耐震性能，低屈服比的結構用鋼也應運而生。下文就低屈服比結構用鋼進行分析研究。

3 低屈服比結構用鋼

鋼材的屈服比是鋼材屈服強度與抗拉強度之間的比值，鋼材屈服比的大小能夠反映鋼材在進行塑性形變時應變不會過于集中的性能。結構用鋼其本身的屈服比YR、屈服點拉伸EL、均勻伸縮率Eu以及產生應變的硬化指數n這四項數據之間的關系如下：

以上兩式中可見鋼材的屈服比越低，鋼材的均勻伸長率也就越高，均勻伸長率的提升直接導致了材料在受到破壞前的穩定塑形能力的提高。這樣縱然是結構局部產生失穩等狀況時，也不會發生突發情況最后導致倒塌或斷裂。

而通過對于結構的分析，假設長度為L的梁在受到地震作用下所產生的等梯度力矩M，那么梁在收到破壞之前能夠擴散的塑形應變范圍為：

從上式中可以發現，鋼材的屈服比越低，鋼材的塑性變形分配的就越是均勻，這樣就能夠避免結構受集中力作用產生突發變化，導致結構的脆性破壞。

4 控溫控軋技術（TMCP）

控溫控軋技術的出現是鋼材性能升級的關鍵技術，這項技術能夠通過控溫設備并且能夠在性能需求下控制鋼材的加熱溫度，并且在軋制過程中也能夠控制溫度。軋制結束后對于鋼材的冷卻溫度變化也能夠進行控制，這樣的加工工序能夠制造出多種含有多種化學成分的鋼材，并且能為鋼材賦予適用多種條件下建筑的性能。

曾有研究提出，鋼材的屈服比密切的與鋼材本身強度等級以及生產制備過程相關。以50kg等級的鋼材為例，此等級的鋼材屈服強度介于300～400MPa。控制軋延或是進行控溫軋制（TMCP）生產出的鋼材能夠將屈服比嚴格控制在0.8之下。也有例外，一但需要將鋼材的強度等級提升至55kg時，此時的屈服強度應為400～480MPa時，僅能夠利用控溫軋制來保證。因為鋼板在軋制中，晶粒細化的時候們同樣會使得變韌鐵以及麻田散鐵等高韌性的鋼材成分產生，這樣能夠提高鋼材的抗拉強度，從而保證鋼材屈服比低于0.8。當前我國結構用鋼板主要是50kg級的鋼材，雖然這類鋼材的屈服比能夠保證低于0.8，但建筑鋼結構的高度仍在不斷攀升。在建筑領域，55kg以及60kg強度的鋼材需求已經遠高于產量，利用控溫控軋技術生產的鋼材，能夠在冷卻制程不過冷且保障強度的提高，屈服強度還能夠維持在0.8以內。今后在低屈服比架構用鋼的研發中，應當重視60kg強度等級以上的產品。

5 總結

隨著我國經濟、科研水平的發展，我國重工業正在逐步實現現代化、高新化。鋼鐵工業的發展進程也很快。不僅是重工業，建筑業的發展也極快，形態各異的建筑以及超高層建筑也出現在了城市之中。為提高建筑物的安全性、抗震性、美觀度，建筑鋼結構已經融入了城市的角角落落。鋼結構本身的輕質高強、低成本、短工期等特性也為建筑行業帶來了新的活力，我國不管是政策推廣還是業內的重視都與日俱增。反觀國外發達地區與國家，建筑業將會是鋼材使用的重要市場之一，建筑中不論是高層結構中對于鋼材的應用，還是在混凝土結構中鋼筋的使用都在不斷的增加。為更好的服務建筑市場，推動建筑行業的技術升級，鋼材加工業也需要與時俱進，研發新型高性能鋼材。建筑以及冶金業兩個行業間需要相輔相成，共同進步，推動我國的產業升級、經濟發展。

[1]錢百年,國旭明,李晶麗,于少飛.新型鋼鐵材料焊接研究進展[A].中國機械工程學會焊接學會.第十次全國焊接會議論文集(第1冊)[C].中國機械工程學會焊接學會,2001(6).

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