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          打造高效綠色建筑結構用鋼的“首鋼方案”

          2021-09-06 14:18:00

            本報通訊員 馬龍騰 劉錕 田志紅
            8月中旬,由首鋼牽頭的高性能抗震耐火耐候鋼及其配套連接技術開發項目成功完成產品與技術的綜合研發,實現多個工程化應用。該項成果對推動我國建筑用鋼產品升級換代,實現從功能單一型向功能復合型轉變具有重要意義。
            鋼結構建筑在推廣應用中面臨著自身局限性,普通鋼結構的抗腐蝕性和耐火能力差成為主要制約因素。因此,一般建筑鋼結構在加工完成后需要通過噴丸除銹、噴涂防腐底漆和中間漆、噴防火涂料3道工序來達到防腐蝕和防火性能要求,但噴涂過程將不可避免地帶來嚴重的粉塵和VOCs(揮發性有機物)污染,與綠色低碳的新發展理念相悖。同時,處理過程也會顯著增加鋼結構加工企業的生產工序及環保成本,降低加工和建設效率。
            為解決上述問題,開發具有抗震、耐火、耐候等多重性能耦合的新一代功能復合型建筑結構用鋼成為當務之急。2017年,由鋼鐵研究總院和北京科技大學牽頭的科技部重點研發計劃“建筑結構用抗震耐蝕耐火鋼”項目啟動,首鋼集團作為課題“460兆帕級抗震耐蝕耐火鋼板與型鋼的穩定化生產及應用研究”的牽頭單位,聯合南陽漢冶特鋼有限公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司等組成攻關團隊,開展高性能抗震耐火耐候鋼及配套連接技術的研發工作。
            當時,國內已示范應用的耐火耐候鋼最高強度僅為390兆帕級,460兆帕級建筑用耐火耐候鋼的關鍵制造技術尚屬空白。研發團隊從成分設計、煉鋼工藝、軋制與熱處理等全工序著手開展技術攻關,重點進行了低成本合金成分優化設計、夾雜物選擇控制及改性處理的冶煉、精準化軋制與冷卻等技術攻關,創新性地運用復合強化機制,綜合實現了460兆帕級建筑用耐火耐候鋼在耐火耐候性、高強韌、低屈強比等方面的多重性能耦合,試制鋼板厚度最厚達到150毫米,熱軋H型鋼厚度最厚達到100毫米。
            在著火狀態下,與耐火耐候鋼連接的配套螺栓節點原有承載方式將發生失效和構造轉變,因此,需要結合設計規范形成高溫條件下配套板材強度與螺栓耐火性能的匹配方法。在沒有產品、標準及規范可供借鑒的情況下,研發團隊自主設計成分,在滿足多項自身性能的基礎上,解決了與460兆帕級板材耐火性能匹配、耐候性能及自腐蝕匹配的問題,成功實現配套。同時,研發團隊還通過技術手段解決了高強螺栓在苛刻氫環境下的延遲斷裂問題,使其延遲斷裂強度提高30%以上,滿足項目技術要求。
            除此之外,鋼材連接的配套焊材也必須同步滿足抗震性、耐火性、耐候性和高強韌性等多性能耦合要求。然而,實踐發現,常見的耐候元素對焊接工藝敏感,會使焊接工藝窗口變小,甚至會損傷沖擊韌性。研發團隊經過多輪技術試驗攻關,通過更改成分、調整配比關系,成功實現配套焊材開發,滿足了工程應用中對焊接接頭的綜合性能要求,填補了460兆帕級耐火耐候鋼配套焊材的產品空白。
            首鋼開發的345兆帕、460兆帕和550兆帕級系列高性能抗震耐火耐候鋼及配套連接技術,免防腐免防火成功示范應用于首鋼京唐二期脫酸蒸氨廠房,減防火涂料示范應用于2022北京冬奧會滑雪大跳臺裁判塔、南通國際會展中心等大型鋼結構項目。基于該項技術,首鋼牽頭編制的《耐火耐候結構鋼》國家標準獲得專家組的一致審定通過,綜合技術達到國際先進水平,為我國耐火耐候結構鋼及其應用提供了有力的技術支撐。
            耐火耐候鋼結構的裸裝使用,減免了防腐和防火涂裝步驟,不但更加綠色環保,還可有效提高防火安全性和延長使用壽命,在鋼結構住宅、立體車庫、公共建筑等領域具有巨大的推廣潛力。高性能抗震耐火耐候鋼及其配套連接技術的開發與應用,契合了我國建筑結構用鋼的重要發展方向,為該領域高效綠色發展提供了“首鋼方案”。

          來源:中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

          編輯:滕珊

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