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NSFR日本建筑結(jié)構(gòu)用耐火鋼(Fire Resistant steel)
隨著建筑物的超高層化和建筑設計技術(shù)的不斷提高,日本建設省(現(xiàn)日本國土交通省)綜合技術(shù)開發(fā)小組重新修訂了耐火設計標準,并于1987年3月實施了《耐火設計新方法》。它不是根據(jù)以往的建筑標準法等技術(shù)條件說明書的規(guī)定進行修訂的,而是根據(jù)建筑物的火災條件、設計條件和使用材料的性能來綜合評價建筑物的防災安全性。這意味著盡管以往規(guī)定了鋼材容許溫度為350℃,但只要在發(fā)生火災時能夠維持永久容許應力強度(常溫屈服強度的2/3),在此前提下減少耐火涂層乃至不使用耐火涂層的設計也是可能的,這為耐火鋼的問世奠定了基礎。
日本用300t轉(zhuǎn)爐冶煉添加Cr的Nb-Mo鋼,采用連鑄法澆鑄成240mm厚的板坯。將板坯放在1000~1150℃中再加熱后,以900~930℃的終軋溫度將板坯軋制成25mm、32mm和50mm的厚板。
根據(jù)強度與溫度的關(guān)系,以及強度與彈性模量的關(guān)系可知,與普通鋼(SM490A)相比,耐火鋼在高溫下的強度下降小,即使在600℃時,也能保持常溫屈服強度的2/3(217N/mm2)以上。另外,普通鋼的彈性模量數(shù)在溫度超過600℃時會急劇下降,而耐火鋼雖然與普通鋼一樣隨著溫度的升高,彈性模量數(shù)會逐漸減小,但當溫度達到700℃左右時,彈性模量數(shù)不會急劇下降,即使在700℃時屈服強度也能保持常溫時的70%左右。
根據(jù)耐火鋼和普通鋼(SM490A)在600℃時蠕變特性的比較可知,普通鋼即使在100N/mm2的低應力下,也會在短時間內(nèi)產(chǎn)生大的蠕變變形,而耐火鋼即使實施200N/mm2的應力,產(chǎn)生的蠕變變形也是相當小。這意味著如果使用耐火鋼,可以減小火災時構(gòu)筑物的變形。
耐火鋼的y形焊接裂紋試驗結(jié)果表明,在預熱溫度75℃時可以抑制焊接裂紋的發(fā)生。如果考慮到y(tǒng)形焊接裂紋試驗的焊接收縮變形量,那么從實質(zhì)上來看在實際焊接施工時耐火鋼具有良好的焊接性,幾乎無需預熱。這是因為在添加Mo和Cr等合金元素的同時,減少C的Mn的含量可以將作為焊接性指標的焊接裂紋敏感性成分PCM抑制在低水平。
由于耐火鋼要求焊接金屬也必須保持高溫強度,因此在焊接時要考慮焊接金屬的常溫強度和高溫強度,選擇適當?shù)暮附硬牧稀U{(diào)查結(jié)果表明,所有焊接部都具有良好的彎曲特性,常溫強度和600℃時的強度都十分好。另外,焊接金屬(WM)、焊接熱影響區(qū)(FL、HAZ)中的夏氏沖擊吸收能也表現(xiàn)出很好的值,達到SAW的焊接線能量4.5kJ/mm。在超大焊接線能量的SES中雖然能看到夏氏沖擊吸收能的值稍低,但該值與以往鋼相同。
與普通鋼相比,耐火鋼具有良好的高溫特性,它是一種新型結(jié)構(gòu)用鋼材,可用于建筑物的柱和梁等主要構(gòu)筑物,可減少耐火涂層或不使用耐火涂層。
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