內容提要高性能鋼材的發展趨勢高強度鋼的特點及其應用低屈強點鋼和極低強度鋼的特點及其應用耐火結構鋼的特點及其應用耐候鋼的特點及其應用高效焊接鋼的特點及其應用特殊性能鋼的特點及其應用高性能鋼材的展望內容提要高性能鋼材的發展趨勢11.高性能鋼材的發展趨勢高性能鋼材的發展趨勢主要有：(1)高強度等級鋼材和超厚板鋼材(3)高效焊接鋼滿足建筑高層化和大跨距的發展需求(2)低屈強比鋼和極低強度鋼提高結構的抗震性能提高鋼材焊接性能，尤其是提高大厚度鋼板的焊接性能1.高性能鋼材的發展趨勢高性能鋼材的發展趨勢主要有：(3)21.高性能鋼材的發展趨勢高性能鋼材的發展趨勢主要有：(4)耐火結構鋼

節省鋼結構耐火被覆成本提高鋼結構抗火性能(5)耐候鋼提高鋼結構的防腐涂裝和耐久性能1.高性能鋼材的發展趨勢高性能鋼材的發展趨勢主要有：節省鋼結3高強度鋼定義？？？指屈服強度大于420MPa的鋼材。而國外的研究主要集中在屈服強度名義值約為690MPa的鋼材。低合金結構鋼，經調質處理后，具有很好的綜合力學性能，其抗拉強度Sb＞1200MPa時，叫高強度鋼。其抗拉強度Sb

＞1500MPa時，稱為超高強度鋼。

2.高強度鋼的特點及其應用高強度鋼定義？？？指屈服強度大于420MPa的42.1高強度鋼的特點含一種合金元素的高強度合金鋼有鉻鋼、鎳鋼、錳鋼等；含兩種合金元素的合金鋼有鉻鎳鋼、鉻錳鋼、鉻鉬鋼等；含三種以上合金元素的高強度合金鋼有鉻錳硅鋼、鉻鎳鎢鋼、鉻鎳鉬鋼、鉻錳鈦鋼、鉻錳鉬釩鋼等。中合金超高強度鋼低合金超高強度鋼高合金超高強度鋼超高強度鋼2.1高強度鋼的特點含一種合金元素的高強度合金鋼有52.2高強度鋼的分類-國家標準

(1)低合金鋼按主要質量等級

普通質量低合金鋼優質低合金鋼特殊質量低合金鋼優質低合金鋼主要包括：

①可焊接的高強度結構鋼（Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、Q390A、Q390B、Q390C、Q390D、Q390E）；②低合金耐候鋼，09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP、16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT；2.2高強度鋼的分類-國家標準(1)低合62.2高強度鋼的分類特殊質量低合金鋼主要包括：①低合金高強度鋼（Q420A、Q420B、Q420C、Q420D、Q420E、Q460C、Q460D、Q460E）；②保證厚度方向性能的低合金鋼（GB/T5313規定的所有低合金鋼牌號）；2.2高強度鋼的分類特殊質量低合金鋼主要包括：72.2高強度鋼的分類(2)低合金鋼主要性能及使用特性分類如下：①可焊接低合金高強度結構鋼

Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等。②低合金耐候鋼

09CuPCrNi、09Cu、16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT等。

③低合金鋼筋鋼④低合金鋼⑤礦用低合金銅⑥其他低合金鋼

2.2高強度鋼的分類(2)低合金鋼主要性能及使用特性分類82.2高強度鋼的分類-國際標準2.國際標準ISO4948/2按照鋼的主要質量級別和主要性能及使用特性：合金優質鋼合金特殊鋼1.國際標準ISO4948/1根據化學成分：非合金鋼合金鋼2.2高強度鋼的分類-國際標準2.國際標準ISO492.2高強度鋼的分類-歐洲標準按照化學成分非合金鋼合金鋼歐洲標準EN10020《鋼級的定義和分類》按照主要質量等級分類合金優質鋼合金特殊鋼2.2高強度鋼的分類-歐洲標準按照化學成分歐洲標102.2高強度鋼的分類-美國標準美國標準ASTMA749《術語定義》低合金高強度鋼為一組高強度用鋼。其強度和在某些條件下具有的耐大氣腐蝕性能是通過加入適量的一種或多種合金元素而得到的。2.2高強度鋼的分類-美國標準美國標準AST112.2高強度鋼的分類-日本標準日本標準JISGO203《鋼鐵術語》

為了更好地改善鋼的性能或使鋼具有所要求的性能而加入一種、兩種或以上的合金元素。含合金元素超過相關表格的數值的稱為合金鋼。

按合金元素含量多少：高合金鋼低合金鋼

2.2高強度鋼的分類-日本標準日本標準JISGO203《鋼122.3高強度鋼的應用國外目前主要使用490MPa級和590MPa

級鋼材，780MPa級鋼材也正在積極推廣使用。日本已開發出屈強比小于0.8的590MPa和780MPa的高強厚鋼板（80～100mm）國外建筑用高強度鋼的力學性能

2.3高強度鋼的應用國外目前主要使用490M132.3高強度鋼的應用位于德國柏林的索尼中心大樓，采用了S460和S690高強度鋼材，有效減小了構件截面，降低了結構體重2.3高強度鋼的應用位于德國柏林的索尼中心大樓，采用了S4142.3高強度鋼的應用澳大利亞悉尼星城飯店采用了S690高強度鋼材2.3高強度鋼的應用澳大利亞悉尼星城飯店采用了S690高強15厚度超過40mm時也能保證鋼材力學性能、并具有良好焊接性能的建筑用特厚鋼板和特厚H型鋼也已研制成功，鋼板厚度達90~100mm，H型鋼翼緣厚度達70~90mm。2.3高強度鋼的應用厚度超過40mm時也能保證鋼材力學性能、并162.3高強度鋼的應用北京奧運會主體育場“鳥巢”主體工程，采用“津西牌”250×250mm、300×300mm等規格H型鋼產品2.3高強度鋼的應用北京奧運會主體育場“鳥巢”主體工程，采172.3高強度鋼的應用中央電視臺新大樓使用300×300mm、400×400mm等規格H型鋼產品2.3高強度鋼的應用中央電視臺新大樓使用300×300mm182.3高強度鋼的應用我國現行的標準《低合金高強度結構鋼》(GB1591-94)有5個強度等級，即Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，目前的主要建筑用鋼為Q235和Q345(相當于490MPa級)。在國內，高強度鋼材的應用雖然缺乏規范的指導，但在實際工程中也有少量的應用，如北京奧運會體育場—鳥巢和央視新大樓也大量使用了Q420和Q460等高強度鋼材。2.3高強度鋼的應用我國現行的標準《低合192.3高強度鋼的應用中國自主創新的Q460鋼材,撐起了鳥巢的鋼筋鐵骨

2.3高強度鋼的應用中國自主創新的Q460鋼材,撐起了鳥巢202.3高強度鋼的應用在輸電塔上，2002年華東電力設計院設計的500KV從工程，塔身下面的四段主材率先采用了Q390鋼管，實現了我國輸電線路中高強鋼管塔應用零的突破；吳淞口大跨越鋼塔架

2.3高強度鋼的應用在輸電塔上，2002年212.3高強度鋼的應用2005年投運的750KV官廳－蘭州東段輸電塔線路工程，率先使用了Q420高強鋼，又實現了高強鋼在角鋼輸電塔中應用的突破，并且由于使用了高強度鋼材使得鐵塔重量降低10％左右。

官廳－蘭州東段輸電塔2.3高強度鋼的應用2005年投運的750222.3高強度鋼的應用廣州新電視塔全部采用高強鋼，總重5.5萬噸，外筒大約3萬噸，混凝土15萬立方米，電視塔的總重量達到10萬噸以上。

“細腰”最小處直徑僅30多米，可抗8級地震。2.3高強度鋼的應用廣州新電視塔全部采用高強232.3高強度鋼的應用讓業內震驚的是，組成新電視塔的一萬多個鋼構件竟然沒有一個是相同的。這是由塔身扭轉的造型決定的。

2.3高強度鋼的應用讓業內震驚的是，組成新電視塔的一萬多個242.3高強度鋼的應用世界最高摩天輪

2.3高強度鋼的應用世界最高摩天輪253低屈強點鋼和極低強度鋼的特點及其應用低屈服點鋼定義？？？低屈服點鋼材習慣上稱之為“軟鋼”。其中屈服點較低的一種，即：極低屈服點鋼材，指的是通過不斷降低鋼材中的碳以及其他合金元素的含量、掌握好軋制時的最佳溫度及軋制后經過必要的熱處理等手段，得到屈服點一般在80～120MPa之間、延伸率≥50％的鋼材。3低屈強點鋼和極低強度鋼的特點及其應用低屈服點鋼定義？？？263.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點

極低屈服點鋼的屈服應變僅為普通鋼材的1/3，屈強比為普通低碳鋼的1/2.5，變形能力約為普通低碳鋼的2倍。

軟鋼與普通低碳鋼的化學成分及力學性能比較見下表。3.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點極低屈服點273.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點日本新日鐵最先提出軟鋼抗震阻尼器構件，并于1995年成功開發了用于阻尼器的極低屈服點鋼，牌號為BLY-100，BLY-225等，其屈服強度波動范圍有嚴格的要求，拉伸曲線如右圖所示。3.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點日本新日鐵283.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點

川崎制鐵于1998年開發出類似的極低屈服點鋼，牌號為RIVERFLEX100。JFE成立以后也把建筑構造用低屈服點鋼納入鋼板產品目錄，牌號為JFE-LY100。

臺灣中鋼于1997年研制成功該鋼種，牌號LYS100。

我國的武漢鋼鐵集團近年來也在積極研發生產類似性能的鋼種。3.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點川崎制鐵于293.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點良好的滯回特性能吸收大量的能量避免主體結構的破壞屈服強度低屈服點波動范圍很窄良好的低周疲勞抗力耗能性能穩定兼容性較好軟鋼的特點：3.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點良好的滯回303.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點軟鋼耗能裝置：梁式耗能器、錐形鋼懸臂耗能器、加勁阻尼耗能裝置、圓環（方框）耗能器、鋼板耗能器、剪切鋼板耗能器、屈曲約束型耗能支撐及鋼板剪力墻等。

3.1低屈強點鋼和極低強度鋼的特點軟鋼耗能裝31錐形鋼棒耗能器

錐形鋼板耗能器

帶錐形鋼棒耗能器的隔震支座

錐形鋼棒耗能器錐形鋼板耗能器帶錐形鋼棒耗能器的隔震支座32X形加勁鋼板耗能裝置三角形加勁鋼板耗能裝置

開孔式加勁鋼板耗能裝置

X形加勁鋼板耗能裝置三角形加勁鋼板耗能裝置開孔式加勁鋼板耗33（a）普通圓環耗能器（b）雙環耗能器（c）局部加強雙環耗能器（d）X形加勁圓環耗能器（a）蜂窩狀耗能器（b）槽型耗能器（c）單圓孔形軟鋼阻尼器（d）雙X形軟鋼阻尼器（a）普通圓環耗能器（b）雙環耗能器（c34剪切鋼板耗能器

鉛粘彈性耗能器剪切鋼板耗能器鉛粘彈性耗能器35無粘結支撐及其截面形式無粘結支撐及其截面形式363.2低屈強點鋼的應用實例國家或地區建造名稱結構類型新建或已建耗能器類型墨西哥Izazagea38-40混凝土框架已建加固X形加勁耗能裝置Cardiology醫院混凝土框架已建加固X形加勁耗能裝置IMSSReforma476混凝土框架已建加固X形加勁耗能裝置美國舊金山連接橋梁結構橋梁抗震加固X形加勁耗能裝置美國加利福利亞WellsFargoBank混凝土框架已建加固X形加勁耗能裝置24層某建筑鋼框架已建加固X形加勁耗能裝置中國臺灣金華城休閑購物中心混合結構新建三角形加勁耗能裝置中華大學綜合體育館框架新建（HADAS）制震板交通大學機車D棚改建（HADAS）制震板臺北市蘭雅國小校舍框架已建加固（HADAS）制震板靜修女中綜合教學大學框架新建（HADAS）制震板新竹縣寶山鄉衛生所框架新建（HADAS）制震板中國長春長春石化TCG汽電共生鍋爐廠房新建（HADAS）制震板中國西安西安長樂苑招商局廣場框支剪力墻已建加固（HADAS）制震板3.2低屈強點鋼的應用實例國家或地區建造名稱結構類型新建或37三角形加勁耗能裝置(TADAS)

三角形加勁耗能裝置(TADAS)38（a）正常使用時見局部放大（a）正常使用時見局部放大39見局部放大（b）地震時見局部放大（b）地震時40TADAS與結構的工作機理示意圖（局部放大）

TADAS與結構的工作機理示意圖（局部放大）41新型高性能鋼材ppt課件424耐火結構鋼的特點及其應用耐火結構鋼定義？？？耐火鋼的概念是日本于上世紀80年代率先提出的。耐火鋼是指通過在鋼材中添加耐高溫的合金元素Mo、Cr、Nb等，使得鋼材在600oC時的屈服強度不小于常溫屈服強度的2／3，且其他性能(如可焊性等)與相應規格的普通結構鋼基本一致。4耐火結構鋼的特點及其應用耐火結構鋼定義？？？耐火434耐火結構鋼的特點及其應用傳統結構鋼和耐火鋼在室溫性能相同時，其屈服強度對溫度的敏感性4耐火結構鋼的特點及其應用傳統結構鋼和耐火鋼在室溫性能相同444.1火災對鋼結構的危害鋼材雖為非燃燒材料，但鋼不耐火，溫度為400℃時，鋼材的屈服強度將降至室溫下強度的一半，溫度達到600℃時，鋼材基本喪失全部強度和剛度。因此，當建筑采用無防火保護措施的鋼結構時，一旦發生火災，結構很容易遭到破壞。4.1火災對鋼結構的危害鋼材雖為非燃燒材料451967年美國蒙哥馬利市的一個飯店發生火災，鋼結構屋頂被燒塌；1970年美國50層的紐約第一貿易辦公大樓發生火災，樓蓋鋼梁被燒扭曲10cm左右；1990年英國一幢多層鋼結構建筑在施工階段發生火災，造成鋼梁、鋼柱和樓蓋鋼桁架的嚴重破壞；2001.9.119時03分，被劫持的美洲航空公司第77次航班波音757客機撞向紐約世貿中心大樓南樓，雙塔樓中1號樓10時28分倒塌，2號樓9時50分倒塌。

美國“9·11”事件是引發全球對建筑用耐火鋼開發熱潮的起源1967年美國蒙哥馬利市的一個飯店發生火災，鋼結構屋頂被燒塌46美國911世貿大廈美國911世貿大廈47新型高性能鋼材ppt課件48新型高性能鋼材ppt課件49我國一些建筑物的鋼結構屋蓋在發生火災倒塌的實例。

重慶天原化工廠

鋼屋架

1960.2.18

20min倒塌

上海文化廣場

鋼屋架

1969.12

倒塌

天津市體育館

鋼屋架

1973.5.5

19min倒塌

長春卷煙廠

鋼木屋架

1981.4.5

倒塌

北京友誼賓館劇場

鋼木屋架

1983.12

20min倒塌

唐山市棉紡織廠

鋼梁

1986.2.8

20min倒塌

北京高壓氣瓶廠

鋼屋架

1986.4.8

倒塌

江油電廠俱樂部

鋼屋架

1987.4.21

20min倒塌

泉州鋼結構冷庫鋼結構19933600m2的庫房倒塌昆山市的一輕鋼結構廠房鋼結構1996

4320m2的廠房燒塌北京某家具城鋼結構

1998整體倒塌我國一些建筑物的鋼結構屋蓋在發生火災倒塌的實例。

重慶天原50央視輔樓央視輔樓51濟南奧體中心體育館發生火災事故濟南奧體中心體育館發生火災事故52某12000m2大型工業廠房，主體結構為三連跨雙坡輕型門式剛架，平面尺寸為63m×192m，柱距8m，檐高9m，屋脊高度11.52m，兩端山墻抗風柱間距7m，設有3噸吊車，廠房圍護體系采用聚苯乙烯夾芯保溫彩色鋼板。車間內設有一條噴涂生產線，電焊火花引燃了生產線上的玻璃鋼瓦片，造成大火，火災持續時間約20分鐘。因火災時車間內的可燃物數量有限，且在風勢作用下燃燒速率高，熱量散發快，車間內部升溫不算太高，大多數受災鋼材表面呈褐色，局部呈淺黑色。幸好主體結構未倒塌，否則不堪設想。某12000m2大型工業廠房，主體結構為三連跨53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。我國寶鋼、武鋼等于20世紀90年代后期也開始耐火鋼的研究開發工作，并取得了一定的成功。使用耐火鋼，能夠大幅度地降低防火涂料的厚度．甚至可以不用其他防火保護措施，但目前耐火鋼在我國應用相對還較少。現在歐美、日本、韓國和澳大利亞等發達國家相繼544.2耐火結構鋼的應用實例

2001年10月武鋼為建于上海的中國殘疾人體育藝術培訓基地提供了急需的耐火耐候鋼管(WGJ510C2)φ219mm和φ273mm共計200多噸4.2耐火結構鋼的應用實例2001年10月武鋼為建于上海554.2耐火結構鋼應用實例

2002年8月,武鋼為北京國家大劇院提供φ406mm和φ508mm耐火耐候鋼管(WGJ510C2)共計240根，近300噸，用于鋼管勁性柱。4.2耐火結構鋼應用實例2002年8月,武鋼為北京國家大564.2耐火結構鋼的應用實例

馬鋼耐火鋼試制成功以后，共向上海中福城工程供應H300×150和H400×150兩種規格的耐火鋼共1400多噸，用作高層住宅樓的鋼梁。上海中福城一期工程現已完工，用戶反映加工和焊接性能優良。4.2耐火結構鋼的應用實例馬鋼耐火鋼試制575耐候鋼的特點及其應用耐候鋼的定義？？？耐候鋼是指在惡劣環境條件下（主要是指腐蝕較強的環境），具有較強工作性能的鋼材。耐候鋼的特點：在大氣中具有更優良的抗蝕性能價格較為低廉5耐候鋼的特點及其應用耐候鋼的定義？？？耐585.1耐候鋼的特點

耐候鋼原理：鋼中加入磷、銅、鉻、鎳等微量元素后，使鋼材表面形成致密和附著性很強的保護膜，阻礙銹蝕往里擴散和發展，保護銹層下面的基體，以減緩其腐蝕速度。耐候鋼是可減薄使用、裸露使用或簡化涂裝，而使制品抗蝕延壽、省工降耗、升級換代的鋼系，也是一個可融入現代冶金新機制、新技術、新工藝而使其持續發展和創新的鋼系。5.1耐候鋼的特點耐候鋼原理：鋼中加入磷、595.1耐候鋼的特點

耐候鋼制造工藝：耐候鋼一般采用精料入爐-冶煉(轉爐、電爐-微合金化處理-吹氬-LF精煉-低過熱度連鑄(喂入稀土絲)-控軋控冷等工藝路線。由于鋼中加入稀土元素，耐候鋼得到凈化，夾雜物含量大為減少。5.1耐候鋼的特點耐候鋼制造工藝：耐候鋼一605.2耐候鋼的應用5.2耐候鋼的應用615.2耐候鋼的應用上海世博會澳大利亞國家館完成對其獨特的耐候鋼覆層外墻的最后裝飾5.2耐候鋼的應用上海世博會澳大利亞國家館完成對其獨特的耐625.2耐候鋼的應用西南部俯瞰圖5.2耐候鋼的應用西南部俯瞰圖635.2耐候鋼的應用上海世博會澳大利亞國家館5.2耐候鋼的應用上海世博會澳大利亞國家館646高效焊接鋼的特點及其應用高效焊接鋼的定義？？？

指金屬材料對焊接加工的適應性和金屬在一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數及結構型式條件下，獲得優質焊接接頭的難易程度。控溫控軋技術（TMCP技術）是高性能鋼板降低焊接預熱溫度所采用的一項關鍵技術。6高效焊接鋼的特點及其應用高效焊接鋼的定義？？？65日本明石海峽橋6高效焊接鋼的特點及其應用日本明石海峽橋6高效焊接鋼的特點及其應用666高效焊接鋼的特點及其應用6高效焊接鋼的特點及其應用676高效焊接鋼的特點及其應用6高效焊接鋼的特點及其應用686高效焊接鋼的特點及其應用1998年4月5日，世界上目前最長的吊橋—日本明石海峽大橋正式通車。

6高效焊接鋼的特點及其應用1998年4月5日，世界上目前最69不銹鋼定義？？？

在空氣中或化學腐蝕介質中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼。7.不銹鋼的特點及其應用不銹鋼定義？？？在空氣中或化學腐蝕介質中能夠抵抗腐707.不銹鋼的特點及其應用不銹鋼的分類：

馬氏體型鐵素體型奧氏體型雙相型沉淀硬化型(奧氏體型不銹鋼約占不銹鋼總產量的70％)

7.不銹鋼的特點及其應用不銹鋼的分類：馬氏體型71不銹鋼的特點：表面美觀以及使用可能性多樣化耐腐蝕性能好，比普通鋼長久耐用耐腐蝕性好強度高，因而薄板使用的可能性大耐高溫氧化及強度高，因此能夠抗火災常溫加工，即容易塑性加工因為不必表面處理，所以簡便、維護簡單清潔，光潔度高焊接性能好7.不銹