建筑耐火钢在我国的开发与应用.pdf

第38卷第11期
建筑技术开发
2011年11月
Building Technique Development
Nov.2011
ととと
专题开发综述
建筑耐火钢在我国的开发与应用
徐伟良许剑
(浙江工业大学,杭州310014)
[摘要]耐火钢是一种功能性的新型建筑用特殊钢材,钢材的耐火性能是指钢材耐高温的强度。介绍近年来耐火钢
在我国建筑业的开发现状和工程应用,并对这类钢材的耐火性能和生产机理进行分析。试验研究表明:与普
通钢相比,耐火钢在高温下的强度和弹性模量均显著提高,具有良好的高温性能。
[关键词]耐火钢;高温性能;钢结构
[中图分类号]TU511.318,TU392
文献标志码]A
文章编号]1001-523X(2011)10-0063-04
DEVELOPMENT AND APPLICATION OF BUILDING FIRE-RESISTANT
STEEL IN CHIINA
Xu Wei-liang Xu Jian
Abstract] Fire-resistant(FR)steel is a new type of building steel material with special function and FR properties of steel
material were thought to be high-temperature-resistant strength. The paper presents the recent development and
engineering application of FR steels to building industry in China, analyzes its FR properties and production
mechanism. The results of test study have shown, as compared with normal steels, that the high-temperature
strength and elastic modulus of FR steels have obviously increased and FR steels have good high-temperature
performance
Keywords] fire-resistant steel; high-temperature properties steel structure
随着我国钢结构建筑的发展与应用,使钢结构广泛的特殊钢材,已在国外的高层和超高层、大跨
的防火问题愈显突出。在火灾的高温作用下,钢材度、轻钢轻板钢结构建筑中大量应用,并在防火、抗
的强度和刚度会明显降低。并可能发生钢结构建筑震等方面表现出良好的性能。例如采用钢结构的日
物倒塌而酿成巨灾。2001年“9.11”事件中,美国纽本新日铁第二办公大楼,若按传统设计,梁、柱构件
约的世贸中心受恐怖分子驾机撞击后,大量航空燃的防火层厚度达50mm,使用耐火耐候钢后,梁、柱
油爆炸燃烧使钢结构软化从而引起倒塌便是一例。的防火层厚度只需15mm,减薄2/3以上,部分露出
为了避免灾难的发生,我国规范规定,当各类建筑钢室外的梁、柱则可取消保护层山。本文介绍近年来
结构梁、柱表面的温度超过150°C时,必须覆盖适耐火钢在我国的开发现状和工程应用,并对这类钢
当厚度的隔热保护层。但此种措施不仅污染环境,材的耐火性能和生产机理进行分析,以供建筑钢结
增加建筑成本和延长工期,而且减少建筑物的有效构行业的设计、制造和施工人员在选材时参考。
空间。因此,开发耐火钢材是非常迫切的。
1耐火钢的耐火性能和生产机理
高性能耐火钢是发达国家竟相开发的一种用途
钢材的强度和刚度是温度的函数。随着温度的
升高,钢材的强度、刚度和弹性模量会明显降低。当
收稿日期:2011-08-15
钢结构的温度分别达到350℃、500℃、600℃时,钢
作者简介:徐伟良(1952-),男,浙江宁波人,毕业于重庆大学,工学博材的强度将分别下降1/3、1/2、2/3。当温度超过
士,断江工业大学教授,主要从事钢结构材料开发、钢结550℃时,钢材的强度等于或接近于零,钢结构将完
构的教学与研究工作。
全丧失其承载能力1-。为了提高钢结构自身的抗
第1期
徐伟良,等:建筑耐火钢在我国的开发与应用
第38卷
火灾能力,减薄或取消耐火涂层,新一代建筑用功能Mo、Mn、Cr、V等合金元素转移到渗碳体中,增加了
性材料一耐火钢应运而生
渗碳体的稳定性,阻碍了渗碳体的粗化,使其成细
钢材的耐火性能是指钢材耐高温的强度。耐火小、均匀分布,提高了M-A组织的抗回火软化能
钢是指除其常温力学和焊接性能与普通钢一致外,力,同时也阻碍了回火组织的粗化,使耐火钢保持良
还要求在600℃左右高温下保持1~3h后,其屈服好的高温性能。弥散分布在晶界处的M-A组织
强度值不低于常温规格值的2/3,即将原采用普通对晶界活动起拖曳作用,抑制了晶粒的滑移和粗化,
钢耐350℃的抗火设计提高到耐600℃的抗火设计,对耐火钢获得良好的高温性能作出了贡献。因此,
从而提高钢结构抗火灾能力,增强建筑物的安全性。在耐火钢的基本组织中,保持一定数量、细小弥散分
由文献[4]的耐火极限试验结果可知,耐火钢按照布在晶界处的M-A组织是耐火钢获得良好高温性
其定义的耐600℃抗火设计,达到国标1级梁的耐能的一个主要原因。
火极限时所需涂层厚度为23m;普通钢按照其定
2)Mo是提高钢热强性的主要合金元素,Nb
义的耐350℃抗火设计为50mm,此状态下使用耐是主要的微合金化元素。耐火结构用钢的治金原
火钢仍可比普通钢节省1/2以上的涂层材料。此理和生产技术是相当简单的,即只要添加0.15%
外,在不重要的场合或通过合理的设计,使用耐火钢0.60%的Mo就能提高钢的高温强度。中国钢铁公司
可以不涂覆耐火材料,从而降低工程总造价。因此
台湾地区)已在实验室及现场进行耐火钢的开发研
耐火钢比普通钢具有优越的高温强度和抗火性,是究。实验证明,添加合金元素Mo能缓和钢材高温
具有防火设计要求的钢结构建筑的首选材料,是名强度的降幅,使钢材在600C高温时,其强度指标显
副其实的“绿色钢材”。普通钢结构和耐火钢结构著地优于传统钢材,屈服强度能够维持在室温规格值
的防护成本对照可参见文献[1]表1。
的2/3以上。研究工作表明?,通过复合添加合金
高温强度是建筑用耐火钢的关键性能要求。耐元素Mo和Nb,可以提高晶粒边界的强度,抑制沉淀
火钢中的混合组织尤其是细小、弥散分布的M-A在晶界上发生,改善钢的高温力学性能。
组织的结构变化、合金元素Mo等的固溶强化作用
合金元素Mo主要起固熔强化的作用:Mo固溶
和高温下MC、Mo2C的析出强化作用是耐火钢获得于钢中,强化了铁素体基体,提高了钢的高温强度和
良好高温性能的主要原因。
蠕变强度。同时Mo易于在晶界处偏聚,形成Mo
由文献[5]采用马钢生产的屈服强度为45MPa族,强化晶界。相分析的结果证实,以固溶形式
级耐火H型钢进行的综合性能试验可知:
存在的Mo在钢中约占90%,并且随着温度的升高
)耐火钢的室温显微组织为多边形铁素体
没有显著变化。可以说,合金元素Mo等的固溶强
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