建筑新型钢铁材料探析

郭海峰，张志克

（河钢集团邯钢公司连铸连轧厂，河北 邯郸056015）

1 前 言

进入到新时期内，国家提高了对钢结构产业的重视程度，并颁布了相关政策，为钢结构产业发展提供了支持。在城市快速发展的今天，建筑物功能更加全面，结构更加复杂，传统钢铁材料已经无法满足实际需求，必须通过技术研发生产出新型钢铁材料，与社会发展相适应。从目前情况来看，钢结构被普遍应用在建筑工程中，有效提升了强度和稳定性。钢铁作为建筑的重要材料，要不断加强技术研发，进一步优化材料性能，更好地服务于建材市场，在建筑工程中要发挥出新型钢铁材料的作用，不断提高建设水平，延长工程使用年限，提升整体经济效益。

2 建筑新型钢铁材料

2.1 高频焊H型钢

在建筑技术发展背景下出现了新型材料-高频焊H 型钢，目前已经被广泛应用到建筑行业中，并且取得了显著成效，在一定程度上推动了建筑行业的发展。和传统钢铁材料比较而言，高频焊H型钢具有明显优势，展现出良好的抗震性、耐压性，应用价值比较高。与轧制H型钢相比，高频焊接H型钢的最大优势是截面尺寸选择的灵活性和互补性。因此，它不仅可以用于檩条，墙框架和其他组件，而且可以广泛用于主要的承重多层框架中，在使用门式轻型框架和其他具有恒定横截面或可变横截面且跨度和载荷较小的结构时，它具有明显的优势。

高频焊H型钢具有特殊的对称性结构，基于这个特点，构件在拼接和安装过程中非常方便，显著提升了施工效率，降低了操作难度，可以在更短时间完成，缩短了工期。相比较于传统钢铁材料，高频焊H 型钢质量较轻，在相同承载能力的情况下，可节约钢材10%～15%，节省了资金投入和人力成本［1］。高频焊H型钢减少了混凝土使用，简化了施工程序，避免了空气污染、环境污染和噪音污染，符合可持续发展理念。

2.2 耐火结构用钢

钢结构耐火性是材料的重要指标，传统钢结构耐火性能比较差，对建筑的安全性有较大影响。常用的防火方法是喷涂耐火涂料，以此来加强钢材的耐火性，虽然可取得一定成效，但钢结构成本增高。基于耐火性成本过高的问题，减少防火图层、降低成本成为了研究重点，于是出现了耐火结构用钢。

耐火结构用钢的耐火温度要从实际应用和成本等因素综合考虑。如果耐火温度设计过高，就要在钢中添加多种合金元素，成本就会大幅增加。经过成本分析和实际使用需要，现在耐火结构用钢的耐火温度一般为600 ℃。

首钢集团以合理的控轧控冷工艺，并通过实验室冶炼和轧制，以低C-Mn为基体，并与钼、铜、铬和镍等元素合金化，研发了Q460级别耐火结构用钢。通过对其进行力学性能、耐火性能检验和分析，结果表明，Q460在600 ℃保温3 h耐火性能良好，完全能满足高性能结构用钢的要求。南京钢铁集团设计了一种新型的低钼耐火钢的轧制工艺，其所有性能均优于同等级耐火钢的要求。在600 ℃的高温下，强度可以达到室温强度的70%，恒定负载280 MPa下的耐火极限温度约为700 ℃，具有良好的防火性。

耐火结构用钢的设计不仅要考虑耐火温度，还要综合考虑钢结构的抗震性能和焊接性能。目前耐火钢的生产工艺还存在性能不稳定的现象，仍然需要不断地研究和试验。

2.3 低屈服比结构用钢

为了提升建筑物安全性，要注重钢结构抗震性能的研究。低屈服比结构用钢是一种新型材料，被广泛使用，例如高层建筑、高速铁路主墩等。低屈服比结构用钢具有良好抗震性能，能提高建筑物稳定性，增强应对自然灾害的能力，为人们生命安全提供保障。通过对数据关系研究发现，钢材屈服比越低，钢材的均匀伸长率就越高。提升均匀伸长率，可以使材料的稳定塑形能力在受到破坏前提高，有助于提升安全性［2］。钢材的屈服比越低，塑性变形分配就越均匀，可以避免结构集中受力，产生突发变化，导致结构的脆性破坏。由于低屈服比结构用钢的特殊性能，即使在结构局部失稳的情况下，也不会对整体产生太大影响，避免结构出现倒塌或者断裂的事故［3］。

控温控轧技术对提高屈服强度发挥着重要作用。以屈服强度在300～400 MPa 的钢材举例，采用控温控轧技术生产出来的钢材可以将屈服比控制在0.8以下，但会出现特殊情况，如果要提升钢材强度等级，需要对屈服强度做出适当调整，利用控温轧制来实现预期目标。

从我国建筑用钢情况来看，50 kg 等级的钢材应用范围比较广，虽然屈服比可以保证在0.8以下，但是建筑钢结构高度在不断上升。55 kg 及60 kg强度的钢材需求量在不断增加，要远高于产量，因此要根据发展情况进行生产。发挥控温控轧技术的作用，可以保证在冷却过程中强度的提高，且屈服强度在0.8以内。从未来发展情况来看，60 kg等级钢材需求量会大大增加，为了满足市场需求，要重视产品研发和生产［4］。

2.4 狭屈服强度变异结构用钢

对于钢结构中梁、柱构件的抗震性能来说，屈服比是影响塑性变形能力的主要因素，从钢结构整体抗震能力来说，除了屈服比之外，还和强震下结构发生塑性变形的节点数量和分布位置有一定关系。如果结构中塑性变形的节点越多，结构在崩塌前承受的载荷及塑性变形能力就越高。强震下发生塑性变形的节点数量和钢材屈服强度有直接联系，如果屈服强度变异大，整体结构的塑性变形就会集中在屈服强度较低的梁、柱上，发生塑性变形的节点数量会明显减少。

如何缩小钢材屈服强度的变异程度一直是研究的重点。我国钢铁企业采用动态控制方式开展研究，生产出一种性能良好的狭屈服强度变异范围结构用钢，应用在大型厂房、体育场馆和超高层建筑等领域，效果非常好［5］。在新型钢铁材料研发过程中要注重技术整合，对于优化钢材性能起到有效作用。加强不同类型钢材的研发，确保满足多元化需求，促进建材市场的发展。

3 结 语

综上所述，探析建筑新型钢铁材料具有重要现实意义，很大程度上推动了建筑行业的发展。在城市发展过程中出现了大量高层建筑，为了提升建筑的安全性、抗震性、美观性等，要有效地运用钢结构。新型钢铁材料是为建筑行业发展服务的，所以要对实际情况分析，明确钢材研发方向，更好应用到建筑工程中去，对于提高质量具有重要意义。