Q460托起"鳥巢"鋼鐵脊梁
國內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)首次使用 Q460托起"鳥巢"鋼鐵脊梁
說起“Q460”鋼材，大多數(shù)人可能都不了解。但就是這種不為人知的鋼材，成為北京奧運(yùn)會主體育場“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)的主要用材。為“鳥巢”量身定做的Q460，在國內(nèi)從未生產(chǎn)，更沒有應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)上。我國科研人員經(jīng)過攻關(guān)，終于研制出Q460來。 2008年奧運(yùn)會主體育場“鳥巢”結(jié)構(gòu)設(shè)計奇特新穎，而這次搭建它鋼結(jié)構(gòu)的Q460也有很多獨(dú)到之處：這是國內(nèi)在建筑結(jié)構(gòu)上首次使用Q460規(guī)格的鋼材;而這次使用的鋼板厚度達(dá)到110毫米，是以前絕無僅有的，在國家標(biāo)準(zhǔn)中，Q460的最大厚度也只是100毫米…… 那么，Q460到底是一種怎樣的鋼材？為什么以前國內(nèi)建筑沒有使用過？在種類繁多的鋼材中，“鳥巢”為什么單單選中它作鋼結(jié)構(gòu)的材料？它的科研過程又怎樣的？帶著諸多問題，記者來到為“鳥巢”研發(fā)生產(chǎn)Q460的河南舞陽鋼鐵公司一探究竟。
什么是Q460 舞陽鋼鐵公司位于河南省舞鋼市，前臨水庫，背靠大山，風(fēng)景宜人。如果事前不了解的話，很難把大名鼎鼎的“鳥巢”的建筑結(jié)構(gòu)用鋼和這樣一個山清水秀的地方聯(lián)系在一起。
舞陽鋼鐵公司科技部主任工程師韋明介紹說，在建筑用鋼方面，舞陽鋼鐵廠在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位,起草過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。奧運(yùn)工程的建設(shè)者希望能實(shí)現(xiàn)用鋼國產(chǎn)化，舞鋼也希望通過奧運(yùn)用鋼來提高產(chǎn)品的檔次和質(zhì)量等級，所以雙方都有攜手的意愿，并最終達(dá)成了這次合作。 舞鋼科技部的李玉謙工程師解釋說，Q460是一種低合金高強(qiáng)度鋼。Q代表鋼材的強(qiáng)度，460代表460兆帕，兆是10的6次方，帕是壓強(qiáng)單位帕斯卡。Q460就是鋼材受力強(qiáng)度達(dá)到460兆帕?xí)r才會發(fā)生塑性變形，也就是當(dāng)外力泄掉后，鋼材只能保持受力的形狀而無法回復(fù)原形，這個強(qiáng)度要比一般鋼材大。
這次“鳥巢”使用的Q460厚達(dá)110毫米，以前在國內(nèi)從來沒有過，生產(chǎn)難度很大。以前我國在工程機(jī)械方面使用Q460的比較多，比如制造挖掘機(jī)等，而在建筑結(jié)構(gòu)用鋼上還沒有使用過Q460這個級別的鋼材。這是因為，在設(shè)計時主要考慮到強(qiáng)度比較低的鋼材延伸率高，能像彈簧一樣在受到強(qiáng)大外力比如地震時，通過變形吸收地震的能量、防止斷裂，更有利于提高抗震性能。
既然如此，那么 “鳥巢”為何青睞Q460 任何事情都有兩面性。 李玉謙說，鋼材在要求強(qiáng)度大的同時，用低合金冶煉也很重要，這主要是考慮鋼材的可焊性。高合金的鋼材雖然強(qiáng)度大，但可焊性差，并且在低溫下對壓力的承受力不如低合金鋼材。 “鳥巢”的跨度很大，如果使用低強(qiáng)度的鋼材，將使鋼材的斷面增大，在受力比較復(fù)雜的情況下，會帶來一系列的問題。比如，110毫米厚的高強(qiáng)度鋼材，如果換成低強(qiáng)度鋼材，厚度至少要達(dá)到220毫米，而鋼板越厚，焊接越難。而且，鋼材在焊接的部位很容易出現(xiàn)問題，尤其是斷面增大之后，在焊接過程中容易產(chǎn)生缺陷。
除了焊接不便，低強(qiáng)度鋼材體積和負(fù)重大是另外一個不足之處。韋明介紹說，鋼材出廠后并不是直接使用到建筑上，而是要焊成方形柱或矩形柱來使用，如果用低強(qiáng)度的鋼，需要把柱子焊的很大，大尺寸的鋼結(jié)構(gòu)不利于加工制作，如果用高強(qiáng)度鋼，柱子就可以焊得很小，重量和占地面積都要小，更加方便加工制作。鑒于這些情況，“鳥巢”的建設(shè)者們最終選擇了高強(qiáng)度的Q460。那么以前只在機(jī)械結(jié)構(gòu)上使用過的Q460，能否承擔(dān)建筑結(jié)構(gòu)的重任？ 韋明說，建筑結(jié)構(gòu)用鋼和工程機(jī)械用鋼不盡相同。建筑結(jié)構(gòu)用鋼應(yīng)該具有幾個特點(diǎn)：首先它要具有良好的抗震性；另外還要求具有防止鋼材焊接后一層層裂開的性能；還有就是好的抗低溫性能，因為鋼材在低溫情況下會變脆，溫度越低、鋼材越碎，越容易斷裂，具有很好的抗低溫性的鋼材就不容易發(fā)生脆化；因為“鳥巢”的鋼結(jié)構(gòu)最后要進(jìn)行焊接，所以還要求鋼材具有良好的可焊性。 既然Q460增添了這些功能，而且鋼材厚度和使用范圍都是前所未有的，人們不禁想了解這專為“鳥巢”定制的鋼材的研發(fā)過程。
Q460是怎樣煉成的 為了給“鳥巢”提供“合身”的Q460，從2004年9月開始，舞鋼的科研人員開始了長達(dá)半年多的攻關(guān)之路，前后3次試制方獲成功。由于以前就有很好科研基礎(chǔ)，所以李玉謙認(rèn)為，這次攻關(guān)比較順利。 2004年9月，第一次試制開始進(jìn)行。首次試制的結(jié)果是除了強(qiáng)度不盡如人意外，其他各項指標(biāo)全都合格。
如何提高強(qiáng)度，成了擺在科研人員面前的一道關(guān)。 科研人員通過改進(jìn)工藝，在保證低碳當(dāng)量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)脑黾恿宋⒑辖鹪氐暮俊Ａ己玫暮附有阅芤箐摬奶籍?dāng)量低，而微合金元素的增加在增加鋼材強(qiáng)度的同時，也會增加鋼材的碳當(dāng)量。但好在增加的碳當(dāng)量很少，所以不會影響鋼材的可焊性。 改進(jìn)工藝后，2005年的3、4月間，科研人員進(jìn)行了第二次試制。這次試制，強(qiáng)度和其他指標(biāo)達(dá)到了要求，但沖擊韌性實(shí)驗的結(jié)果卻不能令人滿意。 沖擊韌性實(shí)驗是用一塊樣品鋼板，打開一個小缺口，放置在低溫的環(huán)境下，用擺錘撞擊鋼板，看它能夠吸收多少能量。做這個實(shí)驗的目的是試驗鋼材在低溫的環(huán)境能夠承受多大外力的打擊。如果鋼材在低溫的環(huán)境下沒有問題，高溫就更沒問題。這次實(shí)驗Q460，是在零下40攝氏度的環(huán)境下進(jìn)行的沖擊韌性并不理想。 2005年的5月份，第三次試制實(shí)驗開始，主攻方向是解決低溫沖擊韌性的問題。研究人員采取的辦法是改進(jìn)工藝、細(xì)化晶粒。
晶粒是鋼材的組織或者成分，晶粒越細(xì)，鋼材的韌性越好。細(xì)化的手段一個是降低軋制溫度，另一個是增加壓下量。 降低軋制溫度對細(xì)化晶粒非常有益。比如，原先晶粒是一個球狀，經(jīng)過軋制，鋼板變長，晶粒也會隨之相應(yīng)變長并且表面積增大，在適宜的溫度條件下，晶粒表面會再結(jié)晶，形成許多新的晶粒，這樣就將晶粒細(xì)化了。 而增加壓下量可以使晶粒進(jìn)一步細(xì)化。壓下量就是將鋼坯壓薄時壓下的尺寸，比如鋼坯開始的厚度是100毫米，用機(jī)器將它壓到80毫米，那壓下量就是20毫米。通過增加壓下量這個參數(shù)，在其他條件不變的情況下，可以使晶粒的表面積更大，這樣可以形成更多的結(jié)晶，使晶粒更加細(xì)化。 通過改進(jìn)工藝，終于使Q460達(dá)到了“鳥巢”的使用要求。2005年7月，為“鳥巢”準(zhǔn)備的Q460開始批量生產(chǎn)，為奧運(yùn)工程服務(wù)。 現(xiàn)在，“鳥巢”已經(jīng)完成混凝土施工，開始進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工。它使用的幾百噸自主創(chuàng)新、具有知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)Q460鋼材，將為它撐起驕傲的鐵骨鋼筋。當(dāng)2008年北京奧運(yùn)會(北京奧運(yùn)會新聞,北京奧運(yùn)會說吧)舉辦時，“鳥巢”向全世界展示的不僅是寶貴的奧運(yùn)建筑遺產(chǎn)，還有中國人民的創(chuàng)新成果。
免責(zé)聲明：以下信息由企業(yè)自行提供，內(nèi)容的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和合法性由發(fā)布企業(yè)負(fù)責(zé)。鍋爐信息網(wǎng)對此不承擔(dān)任何保證責(zé)任。