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高强度钢材钢结构的定义

395 2021-07-01 09:41:46

高强度结构钢材

高强度结构钢材是指名义屈服强度f≥420MPa,同时具有良好韧性、延性以及加工性能(特别是焊接性能)的结构钢材;名义屈服强度/≥690MPa 的结构钢材称为超高强度钢材。

提高钢材屈服强度的方法主要有两种【1】∶一种是加入合金成分,例如碳、锰等元素,可以很容易提高钢材强度,但同时也降低了钢材的加工性能,特别是可焊性;一种是热处理技术,热处理工艺影响着钢材的微观结构和晶粒大小,其主要优点在于细晶粒结构材料相对于粗糙晶粒结构材料的强度更高、韧性更好。新型高强度结构钢材主要是微合金化细晶粒钢,采用的现代冶炼技术包括;高纯净化、微合金化和热机械轧制技术【2】。高纯净化指降低 S、P、N、H、O 等杂质元素和 C 的含量从而提高塑性和韧性。微合金化是适当添加 Nb、V 及 Ti 等微合金元素,在提高钢材屈服强度(也提高了屈强比)的同时能够改善塑性和韧性,降低含碳量。热机械轧制即 TMCP,将最后轧制的变形控制在一定的温度范围内,使钢材在冶炼过程中形成精细的铁素体和珠光体的微观结构,从而避免采用高含量的合金元素,可以使钢材具有很好的韧性和焊接性能。国内高强度钢材的交货状态包括热轧、控轧、正火、正火轧制或正火加回火、热机械轧制等。目前包括欧洲、美国、日本、中国在内的国家和地区已有较成熟的高强度结构钢材产品,如表1-1 所示。

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欧洲和中国的高强度钢材牌号中数字即为钢材的屈服强度标准值;美国和日本的同一种牌号高强度钢材有不同的强度等级,例如美国的 A709/709M 钢材有 HPS 70W 和 HPS 100W 两种强度等级,屈服强度标准值分别为485MPa 和690MPa;而英国牌号为55 的高强度钢材屈服强度标准值为 450MPa。我国《低合金高强度结构钢》GB/T 1591—2008【3】中质量等级 A 和 B 只适用于 Q420 牌号及以下的钢材。加拿大钢结构极限承载力设计规范 CAN/CSA-S16-01【2】和结构钢材规范 CSA standard G40.20/ G40.21【13】允许使用的钢材共包括 8 个钢材强度等级,钢材屈服强度在 260 ~700MPa 之间。

我国《低合金高强度结构钢》GB/T 1591—2008 和《建筑结构用钢板》GB/T 19879—2005 等规范对高强度结构钢材的力学性能指标、化学成分等均做了详细的规定。国内许多大型钢铁厂,如首钢集团、舞阳钢铁、鞍山钢铁、武汉钢铁等,均已成功冶炼出国产460MPa 高强度钢材,690MPa 结构钢材也正在试制中。高强度钢材的关键冶金技术,如热轧、控轧、正火、正火轧制或正火加回火、热机械轧制(TMCP)或热机械轧制加回火等交货状态,上述钢厂也都已经掌握,完全能够实现量产,满足未来市场的需求。我国《钢结构焊接规范》GB 50661—2011已经针对 Q460~Q690 高强度结构钢材提出了建议的焊接材料和焊接工艺,加之我国近年多个高强度钢材建筑结构工程应用实践的积累以及相应焊接工艺的评定工作,我国高强度钢材钢结构的焊接技术和水平已经十分成熟。因此,我国高强度钢材钢结构的发展已具备坚实的产业基础,工程应用前景十分广阔。