打造高效绿色建筑结构用钢的“首钢方案”

　　本报通讯员 马龙腾 刘锟 田志红

　　8月中旬，由首钢牵头的高性能抗震耐火耐候钢及其配套连接技术开发项目成功完成产品与技术的综合研发，实现多个工程化应用。该项成果对推动我国建筑用钢产品升级换代，实现从功能单一型向功能复合型转变具有重要意义。

　　钢结构建筑在推广应用中面临着自身局限性，普通钢结构的抗腐蚀性和耐火能力差成为主要制约因素。因此，一般建筑钢结构在加工完成后需要通过喷丸除锈、喷涂防腐底漆和中间漆、喷防火涂料3道工序来达到防腐蚀和防火性能要求，但喷涂过程将不可避免地带来严重的粉尘和VOCs(挥发性有机物)污染，与绿色低碳的新发展理念相悖。同时，处理过程也会显著增加钢结构加工企业的生产工序及环保成本，降低加工和建设效率。

　　为解决上述问题，开发具有抗震、耐火、耐候等多重性能耦合的新一代功能复合型建筑结构用钢成为当务之急。2017年，由钢铁研究总院和北京科技大学牵头的科技部重点研发计划“建筑结构用抗震耐蚀耐火钢”项目启动，首钢集团作为课题“460兆帕级抗震耐蚀耐火钢板与型钢的稳定化生产及应用研究”的牵头单位，联合南阳汉冶特钢有限公司、马鞍山钢铁股份有限公司等组成攻关团队，开展高性能抗震耐火耐候钢及配套连接技术的研发工作。

　　当时，国内已示范应用的耐火耐候钢最高强度仅为390兆帕级，460兆帕级建筑用耐火耐候钢的关键制造技术尚属空白。研发团队从成分设计、炼钢工艺、轧制与热处理等全工序着手开展技术攻关，重点进行了低成本合金成分优化设计、夹杂物选择控制及改性处理的冶炼、精准化轧制与冷却等技术攻关，创新性地运用复合强化机制，综合实现了460兆帕级建筑用耐火耐候钢在耐火耐候性、高强韧、低屈强比等方面的多重性能耦合，试制钢板厚度最厚达到150毫米，热轧H型钢厚度最厚达到100毫米。

　　在着火状态下，与耐火耐候钢连接的配套螺栓节点原有承载方式将发生失效和构造转变，因此，需要结合设计规范形成高温条件下配套板材强度与螺栓耐火性能的匹配方法。在没有产品、标准及规范可供借鉴的情况下，研发团队自主设计成分，在满足多项自身性能的基础上，解决了与460兆帕级板材耐火性能匹配、耐候性能及自腐蚀匹配的问题，成功实现配套。同时，研发团队还通过技术手段解决了高强螺栓在苛刻氢环境下的延迟断裂问题，使其延迟断裂强度提高30%以上，满足项目技术要求。

　　除此之外，钢材连接的配套焊材也必须同步满足抗震性、耐火性、耐候性和高强韧性等多性能耦合要求。然而，实践发现，常见的耐候元素对焊接工艺敏感，会使焊接工艺窗口变小，甚至会损伤冲击韧性。研发团队经过多轮技术试验攻关，通过更改成分、调整配比关系，成功实现配套焊材开发，满足了工程应用中对焊接接头的综合性能要求，填补了460兆帕级耐火耐候钢配套焊材的产品空白。

　　首钢开发的345兆帕、460兆帕和550兆帕级系列高性能抗震耐火耐候钢及配套连接技术，免防腐免防火成功示范应用于首钢京唐二期脱酸蒸氨厂房，减防火涂料示范应用于2022北京冬奥会滑雪大跳台裁判塔、南通国际会展中心等大型钢结构项目。基于该项技术，首钢牵头编制的《耐火耐候结构钢》国家标准获得专家组的一致审定通过，综合技术达到国际先进水平，为我国耐火耐候结构钢及其应用提供了有力的技术支撑。

　　耐火耐候钢结构的裸装使用，减免了防腐和防火涂装步骤，不但更加绿色环保，还可有效提高防火安全性和延长使用寿命，在钢结构住宅、立体车库、公共建筑等领域具有巨大的推广潜力。高性能抗震耐火耐候钢及其配套连接技术的开发与应用，契合了我国建筑结构用钢的重要发展方向，为该领域高效绿色发展提供了“首钢方案”。