建筑新型钢铁材料研究

唐吉雨 张 俊 成佳俊

三江学院主校区

建筑新型钢铁材料研究

唐吉雨 张 俊 成佳俊

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近年来，随着建筑钢结构的发展，为求保证建筑的安全性、经济性以及对于空间的充分利用以及建筑外观的造型要求，建筑业对于新型钢结构的性能需求也变得多样化。钢铁产业为此投入了大量的人力物力，用于研发高性能结构用钢，并为这类钢材附加了很多规格外的性能保障。反观国外发达地区与国家，建筑业将会是钢材使用的重要市场之一，为更好的服务建筑市场，推动建筑行业的技术升级，钢材加工业也需要与时俱进，研发新型高性能钢材。建筑以及冶金业两个行业间需要相辅相成，共同进步，推动我国的产业升级、经济发展。为提高钢结构的耐震性能，低屈服比的结构用钢也应运而生。下文就低屈服比结构用钢进行分析研究。

建筑；钢材；强度

1 引言

我国建筑钢结构产业的发展计划已流入“十五”计划并计入2010年发展规划纲要，文件中订立了钢结构用钢达占全国钢材总产量的4%～6%这一目标，时至今日已经达到这一标准。我国曾经在建筑相关政策中规定严格的限制建筑中钢结构的使用，为实现建筑行业的产业升级，这一政策业已取消。不仅如此，明确提出在高层建筑、高耸型结构建设、重型工业厂房的建设、大型建筑物以及大型设备的架构中多加应用，这一推广政策不仅带动了钢结构加工行业以及安装行业的迅猛发展，建筑行业的技术升级实现了建筑的大跨度结构、高层超高层结构，而建筑用钢材也逐渐进入了新的阶段，钢材的高强化、低屈服点、低屈服比以及板厚化、钢材专用化方向发展着。本文就建筑用钢的强度硬度热处理展开研究。

2 钢结构中钢材的应用

近年来，随着建筑钢结构的发展，为求保证建筑的安全性、经济性以及对于空间的充分利用以及建筑外观的造型要求，建筑业对于新型钢结构的性能需求也变得多样化。钢铁产业为此投入了大量的人力物力，用于研发高性能结构用钢，并为这类钢材附加了很多规格外的性能保障。钢结构耐火性能一直是结构可靠性的重要因素，而传统常规的钢结构耐火性能都比较差，一般是采用耐火涂料来加强钢材的耐火性，但耐火被覆的成本过高。为减少耐火等级提升成本，研发了耐火钢。为提高钢结构的耐震性能，低屈服比的结构用钢也应运而生。下文就低屈服比结构用钢进行分析研究。

3 低屈服比结构用钢

钢材的屈服比是钢材屈服强度与抗拉强度之间的比值，钢材屈服比的大小能够反映钢材在进行塑性形变时应变不会过于集中的性能。结构用钢其本身的屈服比YR、屈服点拉伸EL、均匀伸缩率Eu以及产生应变的硬化指数n这四项数据之间的关系如下：

以上两式中可见钢材的屈服比越低，钢材的均匀伸长率也就越高，均匀伸长率的提升直接导致了材料在受到破坏前的稳定塑形能力的提高。这样纵然是结构局部产生失稳等状况时，也不会发生突发情况最后导致倒塌或断裂。

而通过对于结构的分析，假设长度为L的梁在受到地震作用下所产生的等梯度力矩M，那么梁在收到破坏之前能够扩散的塑形应变范围为：

从上式中可以发现，钢材的屈服比越低，钢材的塑性变形分配的就越是均匀，这样就能够避免结构受集中力作用产生突发变化，导致结构的脆性破坏。

4 控温控轧技术（TMCP）

控温控轧技术的出现是钢材性能升级的关键技术，这项技术能够通过控温设备并且能够在性能需求下控制钢材的加热温度，并且在轧制过程中也能够控制温度。轧制结束后对于钢材的冷却温度变化也能够进行控制，这样的加工工序能够制造出多种含有多种化学成分的钢材，并且能为钢材赋予适用多种条件下建筑的性能。

曾有研究提出，钢材的屈服比密切的与钢材本身强度等级以及生产制备过程相关。以50kg等级的钢材为例，此等级的钢材屈服强度介于300～400MPa。控制轧延或是进行控温轧制（TMCP）生产出的钢材能够将屈服比严格控制在0.8之下。也有例外，一但需要将钢材的强度等级提升至55kg时，此时的屈服强度应为400～480MPa时，仅能够利用控温轧制来保证。因为钢板在轧制中，晶粒细化的时候们同样会使得变韧铁以及麻田散铁等高韧性的钢材成分产生，这样能够提高钢材的抗拉强度，从而保证钢材屈服比低于0.8。当前我国结构用钢板主要是50kg级的钢材，虽然这类钢材的屈服比能够保证低于0.8，但建筑钢结构的高度仍在不断攀升。在建筑领域，55kg以及60kg强度的钢材需求已经远高于产量，利用控温控轧技术生产的钢材，能够在冷却制程不过冷且保障强度的提高，屈服强度还能够维持在0.8以内。今后在低屈服比架构用钢的研发中，应当重视60kg强度等级以上的产品。

5 总结

随着我国经济、科研水平的发展，我国重工业正在逐步实现现代化、高新化。钢铁工业的发展进程也很快。不仅是重工业，建筑业的发展也极快，形态各异的建筑以及超高层建筑也出现在了城市之中。为提高建筑物的安全性、抗震性、美观度，建筑钢结构已经融入了城市的角角落落。钢结构本身的轻质高强、低成本、短工期等特性也为建筑行业带来了新的活力，我国不管是政策推广还是业内的重视都与日俱增。反观国外发达地区与国家，建筑业将会是钢材使用的重要市场之一，建筑中不论是高层结构中对于钢材的应用，还是在混凝土结构中钢筋的使用都在不断的增加。为更好的服务建筑市场，推动建筑行业的技术升级，钢材加工业也需要与时俱进，研发新型高性能钢材。建筑以及冶金业两个行业间需要相辅相成，共同进步，推动我国的产业升级、经济发展。

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