高層建筑用Q460GJC-Z35鋼板的研究*

李治陽

(無錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214153)

高層建筑用的鋼板簡稱高建鋼，自50年代從歐洲興起，因具有優(yōu)越抗震性、綠色環(huán)保、施工效率高、空間利用率高等多方面特殊的優(yōu)勢，現(xiàn)已成為國際上建筑結(jié)構(gòu)用鋼的發(fā)展方向[1-2]。

高強(qiáng)度級別的Q460GJ系列鋼板主要應(yīng)用于高層建筑、超高層建筑、大跨度體育場館、機(jī)場、會展中心以及鋼結(jié)構(gòu)廠房等大型建筑工程，鳥巢也較多的使用了Q460GJ系列鋼板。

與一般工程結(jié)構(gòu)相比，高層建筑結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用環(huán)境各異，故對鋼板性能的要求具有多樣性[3-5]，本文以某公司80 mm厚度規(guī)格Q460GJC-Z35鋼板(該鋼板交貨狀態(tài)為正火態(tài))為研究對象，對其母材性能及焊接性能進(jìn)行了研究分析，為客觀分析材料綜合性能提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

鋼板母材拉伸試驗(yàn)、0 ℃縱向沖擊試驗(yàn)、Z向拉伸試驗(yàn)分別按照GB/T 228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法、GB/T 229金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法、GB/T 5313厚度方向性能鋼板執(zhí)行；冷彎試驗(yàn)按照GB/T232金屬材料彎曲試驗(yàn)方法；對于焊接試樣，則采用標(biāo)準(zhǔn)：GB 2650-2008焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法；GB 2651-2008焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法；GB 2653-2008焊接接頭彎曲試驗(yàn)方法。

2 鋼板力學(xué)性能及工藝性能分析

根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，對鋼板試樣的拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、Z向拉伸試驗(yàn)等力學(xué)性能進(jìn)行了測試，結(jié)果如表1所示；對鋼板的彎曲工藝性能進(jìn)行了測試。取樣位置包括鋼板厚度方向1/4T和厚度方向1/2T，結(jié)果如表2所示。

表1 鋼板力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

表2 冷彎試驗(yàn)結(jié)果

金相試樣取樣位置包括鋼板厚度方向1/4T和厚度方向1/2T，結(jié)果如圖1所示。

圖1 鋼板金相組織

從表1、表2看出，鋼板母材性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，尤其是屈強(qiáng)比較低，滿足抗震要求，這也是正火態(tài)高層建筑用鋼板的一大優(yōu)勢。從圖1看出，組織主要為鐵素體+珠光體，其中1/2T組織較1/4T組織粗大，主要是由于正火后，心部的冷卻速率相對較慢，有利于晶體的長大；且由于凝固過程中成分的偏析，而心部偏析元素的影響導(dǎo)致局部區(qū)域，即使在較慢的冷卻速率下，心部仍然形成了少量的貝氏體組織，正是因?yàn)榫ЯＦ笄掖嬖谪愂象w組織，心部沖擊韌性明顯低于1/4T處鋼板的韌性。

3 鋼板焊接處力學(xué)性能及工藝性能分析

對鋼板進(jìn)行焊接評價(jià)，采用手工焊(SMAW)，輸入線能量25 kJ/cm，鋼板預(yù)熱溫度≥100 ℃，層間溫度150 ℃。選用CHE557RH焊條，產(chǎn)品符合GB/T5118標(biāo)準(zhǔn)，焊條直徑φ4.0 mm，典型性能：抗拉強(qiáng)度Rm：590 MPa，屈服強(qiáng)度Rel：500 MPa，斷后延伸率：26%，-50 ℃低溫沖擊吸收能量KV2：100 J。

拉伸和彎曲性能試驗(yàn)結(jié)果見表3；沖擊試驗(yàn)結(jié)果見表4；焊接區(qū)域近表面金相組織如圖2所示。

表3 焊接接頭拉伸性能

表4 焊接接頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果(0 ℃，縱向，沖擊吸收能量，1/4T)

圖2 焊接區(qū)域金相組織

從表3可以看出，拉伸斷裂位置位于焊縫處，且抗拉強(qiáng)度598～602 MPa，低于母材的抗拉強(qiáng)度，說明焊接后，鋼板母材強(qiáng)度沒有明顯下降，仍然在合格標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。從表4可以看出，熔合線處沖擊韌性最低，主要原因是在焊接過程中，熔合線處溫度達(dá)到了鋼板母材的熔化溫度，約1500 ℃左右，母材的晶粒在高溫作用下迅速長大；熔合線的另一側(cè)為鑄態(tài)的焊縫組織，如圖2所示，因此，熔合線處沖擊韌性較低，是整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。隨著與熔合線距離增加至2 mm，母材的沖擊韌性逐漸恢復(fù)，接近或等同于母材性能，這也是正火鋼板的性能優(yōu)勢，熱影響區(qū)(HAZ)范圍極小，在工程設(shè)計(jì)中有利于避開鋼結(jié)構(gòu)焊縫處的薄弱環(huán)節(jié)。

4 結(jié) 論

本文以80 mm厚度規(guī)格Q460GJC-Z35鋼板為研究對象，分析了鋼板厚度方向不同位置的沖擊吸收能量，心部1/2T沖擊吸收能量較1/4T處低；鋼板主要為鐵素體+珠光體；通過焊接工藝評價(jià)，鋼板焊后性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。