王丽敏-建筑结构用钢新标准介绍.ppt

建筑结构用钢新标准介绍 与舞钢产品结构有关的新标准,王 丽 敏,内容提要,对建筑钢材生产与使用的新要求,几个重要建筑结构用新标准介绍,建筑用钢是拉动钢材消费引擎,建筑用钢的概念,1 建筑用钢是拉动钢材消费引擎,2007年中国钢材消费总量为5.3 亿，其中，建筑用占钢材消费53% 左右。,1.1 国内市场,重点投资方向及其对钢材需求影响,使用建筑用钢拉动经济增长的投资约占90%,电力能源,交通运输,灾后重建,安居工程,铁路,城市轨道,公路,港口,机场,1 建筑用钢是拉动钢材消费引擎,1.1 国内市场,1.2 国际市场,建筑用钢也占国际钢材消费总量的50%以上,1 建筑用钢是拉动钢材消费引擎,2.1 建筑用钢的范围 我国建筑用钢主要包括建筑用钢结构，钢筋混凝土用钢筋，钢绞线，钢丝，门窗以及等，而建筑钢结构主要包括中厚板、彩涂板、冷轧板、H型钢与各类型钢与焊接钢管等。,2 建筑用钢的概念,注：图中彩涂板包括镀锌板 图中厚板包括特厚板,2.2 各主要品种主要用途 根据钢结构类型不同其所 用的产品的品种也有所侧重： 低层与轻钢结构主要用彩涂钢板； 高层及超高层钢结构以及大跨度主要用高强度以及带有特殊性能的钢板与H型钢。,3 对钢材生产与使用的新要求,3.1 性能要求越来越高 从安全性与经济性考虑： 高强度、高韧性、低屈强比; 从改善加工性考虑： 良好的焊接性能； 从耐久性与安全性考虑： 耐蚀性、耐候性、耐火性、抗震性。,3 对钢材生产与使用的新要求,3.1.1 高强度 建筑结构所需要的尺寸是根据它的最大承载应力与结构材料的最小 屈服强度计算确定的。钢板屈服强度提高，可以减小结构的厚度，降 低建造成本，提高结构的综合性能、安全可靠性、建筑物有效利用空 间和性价比 。变化： Q235、Q345、Q420、Q460、Q500、Q690甚至更高。,3.1.2 高韧性 高韧性保证材料在裂纹开始扩张之前具有足够的塑性变形能力，不发生脆性断裂。 材料的屈服强度提高，所需的断裂力学积分特征值几乎是随着屈服强度的平方增加的, 因此, 采用高强度钢的建筑钢结构,对冲击韧性以及伸长率的要求更高。,3 对钢材生产与使用的新要求,3.1.3 良好的可焊性 保证焊接性能良好的主要指标是碳当量Ceq和 裂纹敏感系数Pcm值。 碳当量降低可以提高焊缝和热影响区的韧性； 裂纹敏感系数降低可以保证焊后不产生裂纹，对于 钢结构的整体安全性十分重要。由于钢结构制作和 安装多数在现场焊接，不能进行预热和焊后处理， 且经常采用大线能量的高速焊接，对钢材焊接性能 的要求尤其严格。,3 对钢材生产与使用的新要求,3.1.4 抗层状撕裂性能 在建筑钢结构中梁和柱之间的焊接和节点很多，这些焊接接头沿钢板厚度方向的拘束度会导致钢板的层状撕裂，因此要求钢板必须具有一定级别的抗层状撕裂能力，防止钢板沿厚度方向开裂。表征性能为Z向性能，如Z15。,3 对钢材生产与使用的新要求,3.1.5 耐侯性 耐大气腐蚀钢的开发在20世纪初，最初发现的是铜和磷对钢的耐蚀性的显著效果，以后就出现了著名的Corten钢和世界各国的耐大气腐蚀钢，也叫做耐候钢。 我国的耐大气腐蚀钢研制从20世纪60年代开始，自19651979年有19种含Cu及P、RE、Ti的低合金钢在风沙干燥、工业大气、潮湿都市和农村等10个不同的环境下进行长达15年的大气曝露试验，取得了宝贵的第一手数据，于1984年制定了我国耐大气腐蚀钢标准(GB 4171-84及GB 4172-84)，纳入了高耐候性的3个牌号：090CuPCrNiA、09CuPCrNiB、09CuP和焊接结构用耐候钢的4个牌号：16CuCr、1MnCuCr、15MnCuCr及15MnCuCr-QT。,3 对钢材生产与使用的新要求,3.1.6 耐火性,耐火钢一般在常温下承载，遇到火 灾600左右下保持（13h）后，其强度不低于室温强度的2/3，以保证建筑结构的安全性，属于低合金结构用钢（high strength low alloy steels，即HSLA 钢）。 新日铁开发了一类在耐火钢成分体系的基础上添加耐候元素Cu和Cr的耐火耐候钢品种系列（NSFR400WNSFR490W）。 据有关资料，耐火耐候钢在日本建筑行业的需求量呈快速增长的势头。,3 对钢材生产与使用的新要求,3.1.7 抗震性,地震（earthquake）是一种自然现象，它带给世界人类的损失是巨大的。汶川地震中不抗震的建筑结构夺走了7万多中国同胞兄弟的生命！,3 对钢材生产与使用的新要求,3.1.7 抗震性,中国建筑抗震设计规范（GB500112001） 钢材的抗拉强度与屈服强度的实测值之比不应小于1.2； 钢材的伸长率应大于20%，且应有明显的屈服台阶； 钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性；,Dr. Peter Langenberg Eurocode Y/T is definetly not representative for toughness Y/T has nothing to do with brittle fracture Y/T ratio might be useful where members are under pure tension. Eurocode limit at 0,9 for tensile loaded members,3 对钢材生产与使用的新要求,3.1.9 抗震性 (Canada),抗震性（USA）,ANSI/AISC 360,ANSI/AISC 341,3 对钢材生产与使用的新要求,3 对钢材生产与使用的新要求,3.2 工艺节奏越来越紧凑,在面对建筑结构用钢要求越来越苛刻的同时，还面临着节约资源与减低成本的压力，因此钢结构用钢生产必须走低成本、高效能工艺路线。,世界各国围绕着轧制工艺与轧制技术的创新，先后研究出热轧淬火与回火(离线)(热机械控制轧制)与(淬火加自回火)的新工艺。,3 对钢材生产与使用的新要求,金相 组织 的变化,3.3 金相组织,从奥氏体钢回火马氏体钢铁素体（贝氏体双相钢（DU）， 复相钢（TRIP），同时晶粒越来越细化（见上图）。,3 对钢材生产与使用的新要求,3.4 化学成分 碳越来越低， 合金元素 越来越少， 大都是微 合金高强钢。,(ASTMA913),4 几个重要建筑结构用新标准介绍,2007 至2208年 为了配合钢铁工业的技术进步与结构调整， 我们修订了380多个国家标准,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,一些重要的基础标准都进行了修订，都有了新标准,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,4.1 GB/T 1591-2008 低合金高强度结构钢（2009-10-01） GB/T1591 是重要的钢材基础标准，尤其在调结构、上水平、节约资源的新形势下，它的重要性就更重要。 GB/T1591 在修订遵循了以下原则： 1.充分反映钢铁企业的技术进步的新科研成果 。 2.满足用户行业对低合金钢高强度、高韧性、易焊接及厚度方向性 能等要求。 3.推动和促进新工艺、新技术的发展 4.与国际、国外先进标准接轨。 5.充分考虑节约资源。,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,大规格,高强度,高纯精度,易焊接,本标准的最大厚度扩大到 400mm,增加Q500、Q550、Q620、Q690取消Q295,加严了对磷、硫等有害元素的控制,增加了钢材碳当量及裂纹敏感系数的计算公式及规定,4.1 GB/T 1591-2008 低合金高强度结构钢,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,新工艺,高性能,高韧性,Z向性能,修改了钢材的交货状态为钢材以热轧、控轧、正火/正火轧制或正火加回 火、热机械轧制或热机械轧制加回火状态交货。取消了调质规定,修改了钢材力学性能，加严了厚度效应引起的屈服强度降低值；,提高了冲击吸收能量值；,增加了各牌号钢的厚度方向性能要求。,4.1 GB/T 1591-2008 低合金高强度结构钢,桥梁钢板 技术进步,应用广泛，但板厚效应严重，铁路桥仅能用到32mm,A3,Q345-16Mnq,Q420-15MnVNq 、15MnVq,Q370-14MnNbq,大跨,重载钢桥需要高强度等级材; 整体焊接结构需要具有良好焊接性 能与高韧性; 现场焊接施工需要能适应大线能量、 高湿度与不预热的条件,Q420-HPS,采用降碳加铌合金超纯净的冶金方法,具有优异的-40低温冲击韧性(芜湖桥标准要求-40Akv120J);同时焊接性能也大大提高,可大批量供应32-50mm厚钢板。,4.2 GB/T 714-2008 桥梁用结构钢（2009-10-01）,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,1,Q235qC E、Q345qCE、Q370qCE、Q420qCE、Q460qCE,Q460qCE、Q500qDE、Q550qDE、Q620qDE、Q690qDE,Q345qCE、Q370qCE、Q420qCE、Q460qCE,热轧、控轧、正火,热机械轧制,调质（淬火+回火）,4.2 GB/T 714-2008 桥梁用结构钢 1 新牌号,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,减少了厚度效应,增加了个牌号的-40冲击值,增加了厚度方向性能的要求,2 新变化,4.2 GB/T 714-2008 桥梁用结构钢,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,GB/T4171-2000 高耐候结构钢,GB/T4172-2000 焊接结构用耐候钢,GB/T 18982-2003 集装箱用耐腐蚀钢板及钢带,GB/T 4171-2008 耐候结构钢,4.2 GB/T 4171-2008 耐候结构钢（2009-05-01） 1 整合,武钢技术中心科技大厦高27层，总建筑面积33000多平方米，为全钢结构大楼，总用钢量3000吨，钢柱采用钢管砼结构，梁采用焊接H型钢，全部采用耐火耐候钢，,2 简化,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,4.3 GB/T 4171 -2008 耐候结构钢,改善钢质与耐蚀性,改善焊接性,方便设计与选用,降P 提Cr,降C 加微合金,增加了耐腐蚀 信息,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,4.3 GB/T 4171 -2008 耐候结构钢,3 技术路线明确,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,120mm,100mm,-0.30,-0.25,34J,27J,-40,-30,新变化,4.4 GB/T 3531-2008 低温压力容器用低合金钢钢板,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,4.5 GB/T -2008低温压力容器用9Ni钢板,低温压力容器用含镍钢板是我国民用钢材中技术水平很高、生产难度很大的产品，它的生产和研制需要利用冶金企业生产工艺流程中最先进的装备条件和技术路线，包括高纯净冶炼、高合金连铸、控制轧制和先进热处理组织控制技术。因此，此次制定国家标准，修改采用欧标和中国船级社规范，参考国外先进标准，制定的低温压力容器 用9Ni钢板系列标准能够满足LNG （Liquefied Natural Gas）储罐、LNG 船舶的设计和建造要求，并能促进 我国生产的低温压力容器用含镍钢 板实物质量稳定提高和达到国际先 进水平，也能推动企业技术进步， 为我国企业加入国际市场竞争创造 更有利的条件。,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,4.5 GB/T -2008低温压力容器用9Ni钢板,本标准与船级社规范、欧标、美标与日标的对比见表2,4 几个重要建筑结构用新标准介绍,4.6 GB/T -2008工程机械用高强度耐磨钢板,耐磨钢板广泛应用于工作条件特别恶劣，要求高强度，高耐磨性能的工程、采矿、建筑、农业、水泥生产、港口、电力以及冶金等机械产品上。如推土机等。在应用于上述机械产品中关键的问题就是耐磨性，尤其是接触岩石、矿料等受磨擦、撞击、冲刷的结构。近几处，在钢铁企业研发高强钢的同时，耐磨钢的研究逐步被重视。据统计，工业发达的国家，机械装备及其零件的磨损所造成的经济损失占国民经济总产值4%左右。因此，解决磨损和延长机械设备及其部件的使用寿命成为工业界人士在设计、制造和使用各种机械设备所需要考虑的首要问题。在国外已有企业生产高强度耐磨钢并得到应用，如德国蒂森克卢伯XAR、迪林根Dillidur；瑞典奥克隆德公司HARDOX以及日本JFE，美国MITTAL等已生产出耐磨寿命比普通钢高出4倍左右的耐磨钢材。我国舞阳、鞍钢、武刚一优产品供应，湖南涟源钢厂也在试制。但是总体一讲，我国耐磨钢在强度级别和性能等方面还存在不小的差距。国内多数使用NM360400，国际上NM400550，年消耗在3060万吨。,淬火、淬火（或DQ）+回火、 TMCP+回火或回火状态交货,C、Mn、Si之外，还采用Cr、Mo、 B、Ni等作为主要合金元素,ANM300、NM360、NM400、NM450 、 NM500 、NM550和NM600,汉语拼音与布什硬度的平均值,轧制工艺,技术路线,