本報通訊員 馬龍騰 劉錕 田志紅
8月中旬，由首鋼牽頭的高性能抗震耐火耐候鋼及其配套連接技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目成功完成產(chǎn)品與技術(shù)的綜合研發(fā)，實(shí)現(xiàn)多個工程化應(yīng)用。該項(xiàng)成果對推動我國建筑用鋼產(chǎn)品升級換代，實(shí)現(xiàn)從功能單一型向功能復(fù)合型轉(zhuǎn)變具有重要意義。
鋼結(jié)構(gòu)建筑在推廣應(yīng)用中面臨著自身局限性，普通鋼結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性和耐火能力差成為主要制約因素。因此，一般建筑鋼結(jié)構(gòu)在加工完成后需要通過噴丸除銹、噴涂防腐底漆和中間漆、噴防火涂料3道工序來達(dá)到防腐蝕和防火性能要求，但噴涂過程將不可避免地帶來嚴(yán)重的粉塵和VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)污染，與綠色低碳的新發(fā)展理念相悖。同時，處理過程也會顯著增加鋼結(jié)構(gòu)加工企業(yè)的生產(chǎn)工序及環(huán)保成本，降低加工和建設(shè)效率。
為解決上述問題，開發(fā)具有抗震、耐火、耐候等多重性能耦合的新一代功能復(fù)合型建筑結(jié)構(gòu)用鋼成為當(dāng)務(wù)之急。2017年，由鋼鐵研究總院和北京科技大學(xué)牽頭的科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃“建筑結(jié)構(gòu)用抗震耐蝕耐火鋼”項(xiàng)目啟動，首鋼集團(tuán)作為課題“460兆帕級抗震耐蝕耐火鋼板與型鋼的穩(wěn)定化生產(chǎn)及應(yīng)用研究”的牽頭單位，聯(lián)合南陽漢冶特鋼有限公司、馬鞍山鋼鐵股份有限公司等組成攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，開展高性能抗震耐火耐候鋼及配套連接技術(shù)的研發(fā)工作。
當(dāng)時，國內(nèi)已示范應(yīng)用的耐火耐候鋼最高強(qiáng)度僅為390兆帕級，460兆帕級建筑用耐火耐候鋼的關(guān)鍵制造技術(shù)尚屬空白。研發(fā)團(tuán)隊(duì)從成分設(shè)計、煉鋼工藝、軋制與熱處理等全工序著手開展技術(shù)攻關(guān)，重點(diǎn)進(jìn)行了低成本合金成分優(yōu)化設(shè)計、夾雜物選擇控制及改性處理的冶煉、精準(zhǔn)化軋制與冷卻等技術(shù)攻關(guān)，創(chuàng)新性地運(yùn)用復(fù)合強(qiáng)化機(jī)制，綜合實(shí)現(xiàn)了460兆帕級建筑用耐火耐候鋼在耐火耐候性、高強(qiáng)韌、低屈強(qiáng)比等方面的多重性能耦合，試制鋼板厚度最厚達(dá)到150毫米，熱軋H型鋼厚度最厚達(dá)到100毫米。
在著火狀態(tài)下，與耐火耐候鋼連接的配套螺栓節(jié)點(diǎn)原有承載方式將發(fā)生失效和構(gòu)造轉(zhuǎn)變，因此，需要結(jié)合設(shè)計規(guī)范形成高溫條件下配套板材強(qiáng)度與螺栓耐火性能的匹配方法。在沒有產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范可供借鑒的情況下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計成分，在滿足多項(xiàng)自身性能的基礎(chǔ)上，解決了與460兆帕級板材耐火性能匹配、耐候性能及自腐蝕匹配的問題，成功實(shí)現(xiàn)配套。同時，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還通過技術(shù)手段解決了高強(qiáng)螺栓在苛刻氫環(huán)境下的延遲斷裂問題，使其延遲斷裂強(qiáng)度提高30%以上，滿足項(xiàng)目技術(shù)要求。
除此之外，鋼材連接的配套焊材也必須同步滿足抗震性、耐火性、耐候性和高強(qiáng)韌性等多性能耦合要求。然而，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，常見的耐候元素對焊接工藝敏感，會使焊接工藝窗口變小，甚至?xí)p傷沖擊韌性。研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多輪技術(shù)試驗(yàn)攻關(guān)，通過更改成分、調(diào)整配比關(guān)系，成功實(shí)現(xiàn)配套焊材開發(fā)，滿足了工程應(yīng)用中對焊接接頭的綜合性能要求，填補(bǔ)了460兆帕級耐火耐候鋼配套焊材的產(chǎn)品空白。
首鋼開發(fā)的345兆帕、460兆帕和550兆帕級系列高性能抗震耐火耐候鋼及配套連接技術(shù)，免防腐免防火成功示范應(yīng)用于首鋼京唐二期脫酸蒸氨廠房，減防火涂料示范應(yīng)用于2022北京冬奧會滑雪大跳臺裁判塔、南通國際會展中心等大型鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目。基于該項(xiàng)技術(shù)，首鋼牽頭編制的《耐火耐候結(jié)構(gòu)鋼》國家標(biāo)準(zhǔn)獲得專家組的一致審定通過，綜合技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，為我國耐火耐候結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支撐。
耐火耐候鋼結(jié)構(gòu)的裸裝使用，減免了防腐和防火涂裝步驟，不但更加綠色環(huán)保，還可有效提高防火安全性和延長使用壽命，在鋼結(jié)構(gòu)住宅、立體車庫、公共建筑等領(lǐng)域具有巨大的推廣潛力。高性能抗震耐火耐候鋼及其配套連接技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，契合了我國建筑結(jié)構(gòu)用鋼的重要發(fā)展方向，為該領(lǐng)域高效綠色發(fā)展提供了“首鋼方案”。
