1 鋼結構在我國的發展

我國經濟持續快速發展，經濟建設和文化建設的進步極大地推進了我國鋼結構的發展，尤其是近幾年，發展速度較快，推廣應用面進一步擴大，鋼結構在大城市已經引起重視和得到應用，許多大型工程、形象工程都采用了鋼結構，比如上海的國貿中心、金茂大廈、廣州國際會展中心、九運會的幾個體育場館、深圳的賽格廣場大廈等等。從技術基礎來看，在普通鋼結構、高層民用建筑鋼結構、網架結構等各類結構方面的設計、施工、驗收規范規程及行業標準已發行20余本，而在多年的實踐中，鋼結構設計人員已經形成一定的規模，而且專業素質也在實踐中不斷提高。

但跟發達國家相比，我國鋼結構的應用仍然差距不小，在發達國家，鋼結構建筑已經成為城市的重要建筑，鋼結構建筑占建筑總量的比例一般都在30%以上，比如日本，鋼結構建筑要占整個建筑的50%以上，而我國尚不足5%。總體上，我國鋼結構建筑在普及上離發達國家還有相當差距，這同時也說明我國鋼結構建筑發展潛力十分巨大。

2 耐火耐候鋼產品的發展

2.1 鋼結構的致命弱點：鋼的腐蝕和火災時鋼構件的軟化

在鋼結構建筑中，存在兩大問題：鋼的腐蝕和火災時鋼構件的軟化。

在自然氣候下，鋼材受蝕減薄5年可達0.1～1mm以上，時間長或在特殊及人為的惡劣環境下，減薄更為嚴重。采用涂裝可以減緩腐蝕，但費用較高。如橋梁涂裝費10年內可為鋼結構費用的2.5倍。鋼材的防腐處理工本高，且不易維護，這給鋼結構的推廣應用帶來了一定的制約。

當鋼的溫度達到350℃及其以上時，鋼的屈服強度下降至規定的室溫屈服強度的2/3或更低，低于鋼構件要求的屈服強度，為使鋼構件的溫度在火災期間不超過350℃，鋼構件必須噴涂防火材料。但是噴涂防火材料的作業對工人的健康有著極大的損害且非常費時，此外，建筑的有效空間也因防火包覆而減少。因此，鋼結構建筑對減少防火包覆的要求越來越強烈。

2.2 耐火耐候鋼的國內外發展情況

耐火鋼的概念在上世紀八十年代由日本開始提出，現在歐美、日本、韓國和澳大利亞等發達國家相繼開展了耐火鋼的研究和生產。日本新日鐵、川崎和NKK都可提供耐火鋼材，包括型鋼、板材、帶材和鋼管等產品。新日鐵和NKK的耐火鋼板材形成了室溫力學性能相當于JIS標準SM400和SM490級別的系列產品。據有關資料，耐火耐候鋼在日本建筑行業的需求量呈快速增長的勢頭。國內有關鋼廠也開展了耐火耐候鋼的研制工作。寶鋼在國內最早開始研制和生產建筑用耐火耐候鋼，迄今已向不同用戶提供耐火耐候鋼商品材超過7000噸。特別是2001年寶鋼耐火耐候鋼有5000余噸成功用于上海市第一個全鋼結構高層住宅樓群中福工程，這是國內首次大批量生產和使用耐火耐候鋼。工程實踐證明，寶鋼耐火耐候鋼各方面性能滿足工程需要，是建筑用鋼中的精品。

3 寶鋼建筑用耐火耐候鋼產品系列簡介

3.1寶鋼耐火耐候鋼品種開發

寶鋼開發建筑用耐火耐候鋼的目的就是增加鋼的高溫強度和耐大氣腐蝕性。同時，寶鋼耐火耐候鋼具有與普通建筑用鋼相當的室溫力學性能、焊接性能以及其它性能。寶鋼研制成功的耐火耐候鋼耐候性與美國的高耐候Cor-Ten鋼相當，為普通鋼的3～8倍，可視情況裸露使用。并可提高涂裝性，涂在耐候鋼上的涂層的失效年限遠長于普通鋼。耐火性與日本的建筑用耐火鋼相當，可使600℃時屈服強度下降不大于規定的室溫屈服強度標準的1/3，這是火災時保證建筑安全性的一個必要的許用指標，而普通鋼至多在350℃時保持這一強度值。由此可以減少防火涂料和防火包覆的使用，從而減少污染、縮短工期、增加建筑有效面積、降低成本且減少或不必進行防腐維護，是一種具有“綠色環保”、可持續發展的經濟類鋼材。

下表中以TN系列涂料為例，比較普通鋼結構和耐候耐火鋼結構在防護方面的成本情況。TN-LG為厚涂型涂料，耐火時間隨涂層厚度增加而增加，密度400Kg/m³，價格為210元/50Kg。

???? 表2 普通鋼結構和耐候（耐火）鋼結構的防護成本

? 根據現代鋼結構建筑的統計，對于高層、超高層鋼結構建筑，10~16平方米建筑面積對應使用約一噸鋼，平均每噸鋼折算其表面積約為38m²（雙面）。因此，折算到每平方米建筑面積上的防護處理成本約為（以平均2小時耐火計）：42×38÷（10~16）=100~160元。加上其它一些費用，平均防護成本約140元。若采用耐火耐候鋼：則折算到每平方米建筑面積上的防護處理成本約為（以平均2小時耐火計）：8.4×38÷（10~16）=20~32元。加上其它一些費用，平均防護成本約27元。

??? 由此可見，采用耐候耐火鋼可以解決鋼材本身應用于民用建筑的兩大弱項（防腐、防火），明顯降低建設成本。從而為鋼結構在民用建筑領域的使用創造了有利的條件。

為保證建筑結構的抗震性，寶鋼耐火耐候鋼滿足國家建筑行業規范的低屈強比要求。

1999年以來，寶鋼耐火耐候鋼已經提供給多家業主建造工業廠房、民用建筑房屋等。2001年落成的中國南極長城站的寶鋼樓，其鋼結構用的就是寶鋼耐火耐候鋼。2001年－2002年，寶鋼向位于上海南京東路的上海第一個全鋼結構高層住宅樓群中福工程提供建筑用耐火耐候鋼B490RNQ 近5000余噸。在此期間，寶鋼與有關業主、工程設計單位聯合進行了多次焊接試驗及工藝評定、耐火試驗等，實踐證明，寶鋼耐火耐候鋼焊接、成形、抗震、耐火、耐候等各方面性能完全滿足用戶要求，是建筑用鋼中的精品。

寶鋼目前可以提供B400RNQ（室溫力學性能相當與Q235B）和B490RNQ（室溫力學性能相當于Q345B）兩個牌號的耐火耐候鋼。

3.2 寶鋼耐火耐候鋼的性能特點

3.2.1 交貨性能指標

寶鋼耐火耐候鋼的力學拉伸、沖擊性能和高溫性能應符合下表的規定。

表3? B400RNQ、B490RNQ的力學性能和高溫性能

3.2.2 寶鋼耐火耐候鋼耐腐蝕性能

通過加入耐候性元素，使鋼鐵材料在銹層和基體之間形成一層約50～100μm厚的致密且與基體金屬粘附性好氧化物層。由于這層致密氧化物膜的存在，阻止了大氣中氧和水向鋼鐵基體滲入，減緩了銹蝕向鋼鐵材料縱深發展，從而大大提高了鋼鐵材料的耐大氣腐蝕能力。并且，由于銹層的穩定，使得非裸露用耐候鋼的涂裝層不易脫落。研究表明，依耐候鋼成分不同，鋼構件使用環境不同，耐候鋼的抗大氣腐蝕能力可比普通鋼提高2～8倍，涂裝性可提高1.5～10倍。寶鋼是目前國內最大的耐候鋼供應商，耐候鋼的研究和生產處于國內領先地位。寶鋼耐火耐候鋼的耐候性是目前耐候鋼中的最高等級。

3.2.3 寶鋼耐火耐候鋼的沖擊性能

取20mm厚工業生產的熱軋板進行系列CVN沖擊試驗，結果得出B490RNQ的50％FATT為-80℃。

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3.2.4寶鋼耐火耐候鋼的焊接性能

寶鋼耐火耐候鋼系列的焊接性能經受了大量工程實踐的檢驗，證明：

?①寶鋼耐火耐候建筑用鋼有良好的可焊性，不需要預熱就可施工。其焊接性能相當于甚至優于同級別普通建筑用鋼。

②工程實踐表明，寶鋼耐火耐候鋼可用于建筑鋼結構中的不同接頭形式，也無論是手弧焊、氣保焊、高頻焊、還是埋弧焊，均可獲得滿意的接頭力學性能。

③工程實踐表明，在建筑鋼結構中，寶鋼耐火耐候鋼可與Q235B和Q345B進行異種鋼焊接，也可獲得滿意的接頭力學性能。

3.2.5寶鋼耐火耐候鋼的耐火性能

3.2.5.1 系列高溫拉伸試驗

寶鋼B490RNQ的高溫性能明顯優于同等強度級別的Q345B，600℃時的屈服強度仍保持在310MPa，遠遠高于2/3室溫屈服強度，而Q345B在500℃時屈服強度已低于2/3室溫屈服強度。

3.2.5.2 耐火試驗

上海市中福工程房屋樓群住宅使用寶山鋼鐵股份公司生產的耐火耐候鋼B490RNQ 5000余噸。根據設計消防要求，使用寶鋼建筑用耐火耐候鋼B490RNQ制成的2種實體構件各2根在天津國家固定滅火系統和耐火構件質量監督檢驗中心進行了耐火試驗，試驗依據為GB/T9978-1999 建筑構件耐火試驗方法。

?試驗結果

寶鋼生產的建筑用耐火耐候鋼B490RNQ具有優良的耐火性能。按國家消防標準要求，高層建筑構件的耐火極限要達到3小時。用普通鋼制作的構件達到3小時的耐火極限（1100℃高溫下，經過3小時構件變形小于40mm），其防火包覆的厚度至少大于100mm，一般在150mm。而用寶鋼耐火耐候鋼制作的構件，構件的防火包覆的厚度減少了1/2－2/3以上，經過4小時的1100℃高溫沒有任何變形，亦即寶鋼B490RNQ制成的兩種構件Ф350×10和Ф400×10的耐火極限均達到4小時，超過了建筑消防的最高要求。這一結果得到了有關建筑專家的高度評價。

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