《新型高性能钢材》ppt课件

1、n11建筑本一班建筑本一班n111612024n 何骏何骏现代新型建筑钢材简述和运用现代新型建筑钢材简述和运用内容提要内容提要高性能钢材的开展趋势高性能钢材的开展趋势高强度钢的特点及其运用高强度钢的特点及其运用低屈强点钢和极低强度钢的特点及其运用低屈强点钢和极低强度钢的特点及其运用耐火构造钢的特点及其运用耐火构造钢的特点及其运用耐候钢的特点及其运用耐候钢的特点及其运用高效焊接钢的特点及其运用高效焊接钢的特点及其运用特殊性能钢的特点及其运用特殊性能钢的特点及其运用高性能钢材的展望高性能钢材的展望1.高性能钢材的开展趋势高性能钢材的开展趋势高性能钢材的开展趋势主要有：高性能钢材的开展趋势主要有：(

2、1) 高强度等级钢材和超厚板钢材高强度等级钢材和超厚板钢材(3) 高效焊接钢高效焊接钢满足建筑高层化和大跨距的开展需求满足建筑高层化和大跨距的开展需求(2) 低屈强比钢和极低强度钢低屈强比钢和极低强度钢提高构造的抗震性能提高构造的抗震性能提高钢材焊接性能，尤其是提高大厚度提高钢材焊接性能，尤其是提高大厚度钢板的焊接性能钢板的焊接性能1.高性能钢材的开展趋势高性能钢材的开展趋势高性能钢材的开展趋势主要有：高性能钢材的开展趋势主要有：(4) 耐火构造钢耐火构造钢 节省钢构造耐火被覆本钱节省钢构造耐火被覆本钱提高钢构造抗火性能提高钢构造抗火性能(5) 耐候钢耐候钢提高钢构造的防腐涂装和耐久性能提高钢

3、构造的防腐涂装和耐久性能高强度钢定义高强度钢定义？ 指屈服强度大于指屈服强度大于420MPa的钢材。而国外的的钢材。而国外的研讨主要集中在屈服强度名义值约为研讨主要集中在屈服强度名义值约为690MPa的钢的钢材。材。 低合金构造钢，经调质处置后，具有很好的低合金构造钢，经调质处置后，具有很好的综合力学性能，其抗拉强度综合力学性能，其抗拉强度Sb1200MPa时，叫时，叫高强度钢。高强度钢。其抗拉强度其抗拉强度Sb 1500MPa时，称为超高强度钢。时，称为超高强度钢。 2.高强度钢的特点及其运用高强度钢的特点及其运用2.1 高强度钢的特点高强度钢的特点 含一种合金元素的高强度合金钢有铬钢、镍钢

4、、锰含一种合金元素的高强度合金钢有铬钢、镍钢、锰钢等；钢等； 含两种合金元素的合金钢有铬镍钢、铬锰钢、铬钼含两种合金元素的合金钢有铬镍钢、铬锰钢、铬钼钢等；钢等； 含三种以上合金元素的高强度合金钢有铬锰硅钢、含三种以上合金元素的高强度合金钢有铬锰硅钢、铬镍钨钢、铬镍钼钢、铬锰钛钢、铬锰钼钒钢等。铬镍钨钢、铬镍钼钢、铬锰钛钢、铬锰钼钒钢等。中合金超高强度钢中合金超高强度钢低合金超高强度钢低合金超高强度钢高合金超高强度钢高合金超高强度钢超高强度钢超高强度钢2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类-国家规范国家规范 (1) 低合金钢按主要质量等级低合金钢按主要质量等级 普通质量低合金钢普通质量低合金钢

5、优质低合金钢优质低合金钢 特殊质量低合金钢特殊质量低合金钢优质低合金钢主要包括：优质低合金钢主要包括： 可焊接的高强度构造钢可焊接的高强度构造钢Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、Q390A、Q390B、Q390C、Q390D、Q390E； 低合金耐候钢，低合金耐候钢，09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP、16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT； 2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类特殊质量低合金钢主要包括：特殊质量低合金钢主要包括： 低合金高强度钢低合金高强度钢Q420A、Q420B、Q420C、Q420D、Q4

6、20E、Q460C、Q460D、Q460E； 保证厚度方向性能的低合金钢保证厚度方向性能的低合金钢GB/T 5313规规定的一切低合金钢牌号；定的一切低合金钢牌号；2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类(2) 低合金钢主要性能及运用特性分类如下：低合金钢主要性能及运用特性分类如下： 可焊接低合金高强度构造钢可焊接低合金高强度构造钢 Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等。等。 低合金耐候钢低合金耐候钢 09CuPCrNi、09Cu、16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT等。等。 低合金钢筋钢低合金钢筋钢 低合金钢低合金钢 矿用低合金铜矿用低合金铜 其

7、他低合金钢其他低合金钢 2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类-国际规范国际规范2.国际规范国际规范 ISO 4948/2 按照钢的主要质量级别和主要性能及运用特性：按照钢的主要质量级别和主要性能及运用特性： 合金优质钢合金优质钢 合金特殊钢合金特殊钢1.国际规范国际规范 ISO 4948/1 根据化学成分：根据化学成分： 非合金钢非合金钢 合金钢合金钢2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类-欧洲规范欧洲规范 按照化学成分按照化学成分 非合金钢非合金钢 合金钢合金钢欧洲规范欧洲规范EN10020 按照主要质量等级分类按照主要质量等级分类 合金优质钢合金优质钢 合金特殊钢合金特殊钢2.2 高强度钢的

8、分类高强度钢的分类-美国规范美国规范 美国规范美国规范ASTMA749低合金高强度低合金高强度钢为一组高强度用钢。钢为一组高强度用钢。 其强度和在某些条件下具有的耐大气腐蚀性能其强度和在某些条件下具有的耐大气腐蚀性能是经过参与适量的一种或多种合金元素而得到的。是经过参与适量的一种或多种合金元素而得到的。 2.2 高强度钢的分类高强度钢的分类-日本规范日本规范日本规范日本规范JISGO203为了更好地改善钢的性能或使钢具有所要求的性为了更好地改善钢的性能或使钢具有所要求的性能而参与一种、两种或以上的合金元素。能而参与一种、两种或以上的合金元素。 含合金元素超越相关表格的数值的称为合金钢。含合金元

9、素超越相关表格的数值的称为合金钢。 按合金元素含量多少：按合金元素含量多少： 高合金钢高合金钢 低合金钢低合金钢 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用 国外目前主要运用国外目前主要运用490MPa 级和级和590MPa 级钢材，级钢材，780MPa 级钢材也正在积极推行运用。级钢材也正在积极推行运用。 日本已开发出屈强比小于日本已开发出屈强比小于0.8 的的590MPa 和和780MPa 的高强厚钢板的高强厚钢板80100mm 国外建筑用高强度钢的力学性能国外建筑用高强度钢的力学性能 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用位于德国柏林的索尼中心大楼，采用了位于德国柏林的索尼中心大楼，采用了S46

10、0和和S690高强度钢高强度钢材，有效减小了构件截面，降低了构造体重材，有效减小了构件截面，降低了构造体重 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用澳大利亚澳大利亚悉尼星城悉尼星城饭店采用饭店采用了了S690高强度钢高强度钢材材 厚度超越厚度超越40mm 时也能保证钢材力学性能、并具有良时也能保证钢材力学性能、并具有良好焊接性能的建筑用特厚钢板和特厚好焊接性能的建筑用特厚钢板和特厚H 型钢也已研制胜利，型钢也已研制胜利，钢板厚度达钢板厚度达90100mm，H 型钢翼缘厚度达型钢翼缘厚度达7090mm。 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用北京奥运会主体育场北京奥

11、运会主体育场“鸟巢主体工程，采用鸟巢主体工程，采用“津西牌津西牌250250 mm、300300 mm等规格等规格H型钢产品型钢产品 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用中央电视台新大楼运用中央电视台新大楼运用300300mm、400400mm等规格等规格H型型钢产品钢产品 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用 我国现行的规范我国现行的规范 (GB1591-94)有有5 个强度等级，即个强度等级，即Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，目前的主要建筑用钢为目前的主要建筑用钢为Q235 和和Q345(相当于相当于490MPa 级级)。 在国内，高强度钢材的运用虽然缺乏规范的指点，但在

12、在国内，高强度钢材的运用虽然缺乏规范的指点，但在实践工程中也有少量的运用，如北京奥运会体育场实践工程中也有少量的运用，如北京奥运会体育场鸟巢和鸟巢和央视新大楼也大量运用了央视新大楼也大量运用了Q420和和Q460等高强度钢材。等高强度钢材。 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用中国自主创新的中国自主创新的Q460钢材钢材,撑起了鸟巢的钢筋铁骨撑起了鸟巢的钢筋铁骨 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用 在输电塔上，在输电塔上，2002年华东电力设计院设计的年华东电力设计院设计的500KV从从工程，塔身下面的四段主材率先采用了工程，塔身下面的四段主材率先采用了Q390钢管，实现了钢管，实现了我国输

13、电线路中高强钢管塔运用零的突破；我国输电线路中高强钢管塔运用零的突破；吴吴淞淞口口大大跨跨越越钢钢塔塔架架 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用 2005年投运的年投运的750KV官厅兰州东段输电塔线路工程，官厅兰州东段输电塔线路工程，率先运用了率先运用了Q420高强钢，又实现了高强钢在角钢输电塔中高强钢，又实现了高强钢在角钢输电塔中运用的突破，并且由于运用了高强度钢材使得铁塔分量降运用的突破，并且由于运用了高强度钢材使得铁塔分量降低低10左右。左右。 官厅兰州东段输电塔官厅兰州东段输电塔 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用 广州新电视塔全部采用高强钢，总重广州新电视塔全部采用高强钢，总重5

14、.5万吨，外筒大万吨，外筒大约约3万吨，混凝土万吨，混凝土15万立方米，电视塔的总分量到达万立方米，电视塔的总分量到达10万吨万吨以上。以上。 “细腰最小处直径仅细腰最小处直径仅30多米，可抗多米，可抗8级地震级地震 。2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用让业内震惊的是，组成新电视塔的一万多个钢构件竟然让业内震惊的是，组成新电视塔的一万多个钢构件竟然没有一个是一样的。这是由塔身改动的外型决议的。没有一个是一样的。这是由塔身改动的外型决议的。 2.3 高强度钢的运用高强度钢的运用世界最高摩天轮世界最高摩天轮 3 低屈强点钢和极低强度钢的特点及其运用低屈强点钢和极低强度钢的特点及其运用低屈服点钢定

15、义低屈服点钢定义？ 低屈服点钢材习惯上称之为低屈服点钢材习惯上称之为“软钢。其中屈服点较低软钢。其中屈服点较低的一种，即：极低屈服点钢材，指的是经过不断降低钢材的一种，即：极低屈服点钢材，指的是经过不断降低钢材中的碳以及其他合金元素的含量、掌握好轧制时的最正确中的碳以及其他合金元素的含量、掌握好轧制时的最正确温度及轧制后经过必要的热处置等手段，得到屈服点普通温度及轧制后经过必要的热处置等手段，得到屈服点普通在在80120MPa之间、延伸率之间、延伸率50的钢材。的钢材。3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点低屈强点钢和极低强度钢的特点 极低屈服点钢的屈服应变仅为普通钢材的极低屈服点钢的屈服应变仅

16、为普通钢材的1/3，屈强比为，屈强比为普通低碳钢的普通低碳钢的1/2.5，变形才干约为普通低碳钢的，变形才干约为普通低碳钢的2倍。倍。 软钢与普通低碳钢的化学成分及力学性能比较见下表。软钢与普通低碳钢的化学成分及力学性能比较见下表。3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点低屈强点钢和极低强度钢的特点 日本新日铁最先日本新日铁最先提出软钢抗震阻尼器提出软钢抗震阻尼器构件，并于构件，并于1995年胜年胜利开发了用于阻尼器利开发了用于阻尼器的极低屈服点钢，牌的极低屈服点钢，牌号为号为BLY-100，BLY-225等，其屈服强度等，其屈服强度动摇范围有严厉的要动摇范围有严厉的要求，拉伸曲线如右图求，拉伸曲

17、线如右图所示。所示。 3.1 低屈强点钢和极低强度钢的特点低屈强点钢和极低强度钢的特点软钢的特点：软钢的特点：3.2 低屈强点钢的运用实例低屈强点钢的运用实例国家或地区国家或地区建造名称建造名称结构类型结构类型新建或已建新建或已建耗能器类型耗能器类型墨西哥墨西哥Izazagea 38-40混凝土框架混凝土框架已建加固已建加固X形加劲耗能装置形加劲耗能装置Cardiology医院医院混凝土框架混凝土框架已建加固已建加固X形加劲耗能装置形加劲耗能装置IMSS Reforma 476混凝土框架混凝土框架已建加固已建加固X形加劲耗能装置形加劲耗能装置美国旧金山美国旧金山连接桥梁结构连接桥梁结构桥梁桥梁

18、抗震加固抗震加固X形加劲耗能装置形加劲耗能装置美国加利福利亚美国加利福利亚Wells Fargo Bank混凝土框架混凝土框架已建加固已建加固X形加劲耗能装置形加劲耗能装置24层某建筑层某建筑钢框架钢框架已建加固已建加固X形加劲耗能装置形加劲耗能装置中国台湾中国台湾金华城休闲购物中心金华城休闲购物中心混合结构混合结构新建新建三角形加劲耗能装置三角形加劲耗能装置中华大学综合体育馆中华大学综合体育馆框架框架新建新建（HADAS）制震板）制震板交通大学机车交通大学机车D棚棚改建改建（HADAS）制震板）制震板台北市兰雅国小校舍台北市兰雅国小校舍框架框架已建加固已建加固（HADAS）制震板）制震板静修

19、女中综合教学大学静修女中综合教学大学框架框架新建新建（HADAS）制震板）制震板新竹县宝山乡卫生所新竹县宝山乡卫生所框架框架新建新建（HADAS）制震板）制震板中国长春中国长春长春石化长春石化TCG汽电共生锅汽电共生锅炉厂房炉厂房新建新建（HADAS）制震板）制震板中国西安中国西安西安长乐苑招商局广场西安长乐苑招商局广场框支剪力墙框支剪力墙已建加固已建加固（HADAS）制震板）制震板4 耐火构造钢的特点及其运用耐火构造钢的特点及其运用耐火构造钢定义耐火构造钢定义？ 耐火钢的概念是日本于上世纪耐火钢的概念是日本于上世纪8080年代率先提出的。耐年代率先提出的。耐火钢是指经过在钢材中添加耐高温的合

20、金元素火钢是指经过在钢材中添加耐高温的合金元素MoMo、CrCr、NbNb等，使得钢材在等，使得钢材在600oC600oC时的屈服强度不小于常温屈服强度的时的屈服强度不小于常温屈服强度的2 23 3，且其他性能，且其他性能( (如可焊性等如可焊性等) )与相应规格的普通构造钢与相应规格的普通构造钢根本一致。根本一致。 4 耐火构造钢的特点及其运用耐火构造钢的特点及其运用传统构传统构造钢和造钢和耐火钢耐火钢在室温在室温性能一性能一样时，样时，其屈服其屈服强度对强度对温度的温度的敏感性敏感性4.1 火灾对钢构造的危害火灾对钢构造的危害 钢材虽为非熄灭资料，但钢不耐火，温度为钢材虽为非熄灭资料，但钢

21、不耐火，温度为400时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半，温度到时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半，温度到达达600时，钢材根本丧失全部强度和刚度。因此，当时，钢材根本丧失全部强度和刚度。因此，当建筑采用无防火维护措施的钢构造时，一旦发生火灾，建筑采用无防火维护措施的钢构造时，一旦发生火灾，构造很容易遭到破坏。构造很容易遭到破坏。 1967年美国蒙哥马利市的一个饭店发生火灾，钢构造屋年美国蒙哥马利市的一个饭店发生火灾，钢构造屋顶被烧塌；顶被烧塌；1970年美国年美国50层的纽约第一贸易办公大楼发生火灾，楼层的纽约第一贸易办公大楼发生火灾，楼盖钢梁被烧扭曲盖钢梁被烧扭曲10cm左右；左

22、右；1990年英国一幢多层钢构造建筑在施工阶段发生火灾，年英国一幢多层钢构造建筑在施工阶段发生火灾，呵斥钢梁、钢柱和楼盖钢桁架的严重破坏；呵斥钢梁、钢柱和楼盖钢桁架的严重破坏；2001.9.11 9时时03分，被劫持的美洲航空公司第分，被劫持的美洲航空公司第77次航班次航班波音波音757客机撞向纽约世贸中心大楼南楼客机撞向纽约世贸中心大楼南楼 ，双塔楼中，双塔楼中1号楼号楼10时时28分倒塌，分倒塌，2号楼号楼9时时50分倒塌。分倒塌。 美国美国“911事件是引发全球事件是引发全球对建筑用耐火钢开发热潮的来源对建筑用耐火钢开发热潮的来源美国美国911世贸大厦世贸大厦我国一些建筑物的钢构造屋盖在

23、发生火灾倒塌的实例。我国一些建筑物的钢构造屋盖在发生火灾倒塌的实例。 重庆天原化工厂重庆天原化工厂 钢屋架钢屋架 1960.2.18 20min倒塌倒塌 上海文化广场上海文化广场 钢屋架钢屋架 1969.12 倒塌倒塌 天津市体育馆天津市体育馆 钢屋架钢屋架 1973.5.5 19min倒塌倒塌 长春卷烟厂长春卷烟厂 钢木屋架钢木屋架 1981.4.5 倒塌倒塌 北京友谊宾馆剧场北京友谊宾馆剧场 钢木屋架钢木屋架 1983.12 20min倒塌倒塌 唐山市棉纺织厂唐山市棉纺织厂 钢梁钢梁 1986.2.8 20min倒塌倒塌 北京高压气瓶厂北京高压气瓶厂 钢屋架钢屋架 1986.4.8 倒塌倒

24、塌 江油电厂俱乐部江油电厂俱乐部 钢屋架钢屋架 1987.4.21 20min倒塌倒塌 泉州钢构造冷库泉州钢构造冷库 钢构造钢构造 1993 3600m2的库房倒塌的库房倒塌昆山市的一轻钢构造厂房昆山市的一轻钢构造厂房 钢构造钢构造 1996 4320m2的厂房烧塌的厂房烧塌北京某家具城北京某家具城 钢构造钢构造 1998 整体倒塌整体倒塌 济南奥体中心体育馆发生火灾事故济南奥体中心体育馆发生火灾事故4.2 耐火构造钢运用实例耐火构造钢运用实例 2002年年8月月,武钢为北京国家大剧院提供武钢为北京国家大剧院提供406mm和和508mm耐火耐候钢管耐火耐候钢管(WGJ510C2)合计合计240

25、根，近根，近300吨，用于钢管劲性柱。吨，用于钢管劲性柱。 5 耐候钢的特点及其运用耐候钢的特点及其运用耐候钢的定义耐候钢的定义？ 耐候钢是指在恶劣环境条件下主要是指腐蚀较强的耐候钢是指在恶劣环境条件下主要是指腐蚀较强的环境，具有较强任务性能的钢材。环境，具有较强任务性能的钢材。 耐候钢的特点：耐候钢的特点： 在大气中具有更优良的抗蚀性能在大气中具有更优良的抗蚀性能 价钱较为低廉价钱较为低廉5.1 耐候钢的特点耐候钢的特点 耐候钢原理：钢中参与磷、铜、铬、镍等微量元素后，耐候钢原理：钢中参与磷、铜、铬、镍等微量元素后，使钢材外表构成致密和附着性很强的维护膜，妨碍锈蚀往使钢材外表构成致密和附着性

26、很强的维护膜，妨碍锈蚀往里分散和开展，维护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度。里分散和开展，维护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度。 耐候钢是可减薄运用、裸露运用或简化涂装，而使制耐候钢是可减薄运用、裸露运用或简化涂装，而使制品抗蚀延寿、省工降耗、晋级换代的钢系，也是一个可融品抗蚀延寿、省工降耗、晋级换代的钢系，也是一个可融入现代冶金新机制、新技术、新工艺而使其继续开展和创入现代冶金新机制、新技术、新工艺而使其继续开展和创新的钢系。新的钢系。 5.2 耐候钢的运用耐候钢的运用上海世博会澳大利亚国家馆完成对其上海世博会澳大利亚国家馆完成对其独特的耐候钢覆层外墙的最后装饰独特的耐候钢覆层外墙的最后装饰

27、5.2 耐候钢的运用耐候钢的运用西南部俯瞰图西南部俯瞰图5.2 耐候钢的运用耐候钢的运用上海世博会澳大利亚国家馆上海世博会澳大利亚国家馆 6 高效焊接钢的特点及其运用高效焊接钢的特点及其运用高效焊接钢的定义高效焊接钢的定义？ 指金属资料对焊接加工的顺应性和金属在一定的焊接方法、焊接指金属资料对焊接加工的顺应性和金属在一定的焊接方法、焊接资料、工艺参数及构外型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。资料、工艺参数及构外型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 控温控轧技术控温控轧技术TMCP技术是高性能钢板降低焊接预热温度所采技术是高性能钢板降低焊接预热温度所采用的一项关键技术。用的一项关键技术。6 高效焊接钢的特点及其运用高效焊接钢的特点及其运用6 高效焊接钢的特点及其运用高效焊接钢的特点及其运用6 高效焊接钢的特点及其运用高效焊接钢的特点及其运用1998年年4月月5日，世界