“鸟巢”用Q460EZ35钢板介绍

“鸟巢”用Q460E/Z35钢板介绍
20世纪50年代，钢结构建筑自欧洲兴起。

20世纪80年代，我国也加快了对钢结构建筑的研究开发，并建造了一批钢结构建筑。

2002年，国家出台的《国家建筑钢结构产业“十五计划和2015年发展规划纲要》明确了钢结构的发展方向，特别提出高层建筑钢结构用厚板全部国产化的目标，给建筑用钢市场带来了诱人的前景。

高层建筑钢板的特殊性
钢结构建筑具有优越抗震性、绿色环保、施工快捷方便、空间利用率高、设计造型别致新颖等诸多优势，现已成为国际上建筑结构的发展方向。

高层建筑钢板主要应用于高层建筑、超高层建筑、大跨度体育场馆以及输变电高塔等受力复杂、可靠性要求高的大型建筑工程，与一般普碳或低合金钢板相比有以下特点：
低屈强比——高建钢不仅有足够的抗拉强度和屈服强度，而且具有较低的屈强比。

低的屈强比能使材料具有良好的冷变形能力和高的塑性变形功，吸收较多的地震能，提高建筑物的抗震能力。

焊接性能好——高建钢具有良好的焊接性能，可以做到焊前不需要预热，焊后不需热处理，便于现场施焊。

塑性、韧性高——高建钢具有较高的塑性和韧性，钢板力学性能良好。

屈服强度波动范围小——日本标准JISG3136《建筑结构用轧制钢》中规定屈服强度波动范围不大于120MPa，中国国标GB/T19879-2005《建筑结构用钢板》中规定波动范围为110MPa，使得整个建筑物各部分之间屈服强度尽可能与设计要求值相匹配。

具有抗层状撕裂能力——在采用焊接连接的梁与柱的节点范围内，构件除承受沿原板材长、宽方向的拉力或压力外，并承受沿板厚方向的拉力，因此要求钢板必须具有足够的抗层状撕裂能力。

2005～2006年，舞钢开发了屈服强度为390～460MPa级别的建筑结构用钢板。

随着建筑钢结构向高层、超高层、大跨度方向发展，一些梁与柱的受力越来越复杂、断面越来越大。

断面增大后，增加了施工、焊接的难度，并且容易产生焊接缺陷、降低焊接接头的质量。

采用高强度钢板，结构厚度、质量和成本可以进一步降低，而综合性能、安全可靠性、有效利用空间以及建筑的性价比得到进一步提高。

“鸟巢用Q460E/Z35钢板的特点
“鸟巢的建造需要一种新型的100mm～110mm厚Q460E/Z35建筑结构用钢板。

在国内外建筑史上，从未应用过460MPa级特厚板，无论钢板生产还是钢结构焊接施工都没有可供借鉴的成功经验。

“鸟巢用Q460E/Z35厚板的技术要求达到了目前低合金高强度钢之最。

“鸟巢用Q460E/Z35钢板主要技术难点
厚度规格超过标准上限——GB/T1591标准中Q460钢板的最大厚度为100mm，“鸟巢用钢最大厚度达到110mm，超过了标准要求。

随着钢板厚度的增加，由于钢板的压缩比减小，轧制后冷却速度降低，不利于细化晶粒，钢板的强度、韧性很难保证。

舞钢采取一系列工艺技术措施，突破了GB/T1591标准中100mm的厚度极限，使110mm厚钢板满足了Q460E的技术要求。

高强度保证钢结构的支撑能力——GB/T1591标准中，Q460钢板属于强度最高的级别。

-40℃低温韧性保证钢结构的抗疲劳性能——GB/T1591标准中，-40℃低温韧性属于冲击试验温度最低的等级。

Z35抗层状撕裂性能保证钢结构的安全性能——GB/T5313标准中，Z35属于抗层状撕裂性能最高的级别。

低碳当量保证钢材的焊接性能——在110mm的大厚度情况下，460MPa的高强度钢板的焊接碳当量要求≤0.50%，实际供货要求≤0.48%。

低屈强比、高延伸率保证钢结构的抗震性能——“鸟巢技术条件要求Q460E/Z35钢板的屈强
比≤0.83、延伸率≥20%，国内外标准中460MPa级别钢板的延伸率要求都是≥17%。

同级别、厚度和技术要求的钢板国内外首次生产使用——日本等国生产的同级别建筑结构用钢的厚度或者是Z项性能都没有如此之高，如德国迪林格公司生产符合EN10113标准的DILLIMAX460，其最大厚度为80mm，其屈强比仅能保证≤0.88，伸长率仅保证≥17%；日本新日铁生产的BT-HT440，其屈强比及伸长率虽能满足要求，但其抗层状撕裂性能仅保证Z25的要求。

“鸟巢用Q460E/Z35钢板的开发历程
2004年7月，在北京召开的*****场馆用钢通报会上，舞钢首次获悉国家体育场将有可能用到460MPa级别的钢板。

当时设计提供的牌号为BS4360-55C，英国标准中的牌号。

、2004年8月，舞钢开始进行*****项目用高强度、大厚度钢板研制开发的前期准备工作。

他们一是研究大跨度建筑钢结构对高强度钢板的主要要求（如抗震、防震、抗层状撕裂、易焊接等），钢板应具备的性能（如低屈强比、高延伸率、较高的厚度方向性能、低碳当量等），各项性能达到什么水平才能满足建筑结构的要求等；二是进行化学成分初步筛选，研究合适的工艺路线和工艺技术措施。

2004年10月，针对特殊要求以及钢结构的抗震、防震、抗层状撕裂、易焊接等特点，舞钢技术人员制订了详细的试生产工艺方案，首次试制80mm460MPa级钢板，各项性能检验结果表明钢板的冲击、抗震、抗层状撕裂、焊接等性能均符合“鸟巢用钢的技术要求。

2005年2月，舞钢针对“鸟巢Q460E钢板最大厚度达到100mm，对80mm厚钢板工艺方案（主要是化学成分）进行了改进，进行了100mmQ460E/Z35的试制。

试制结果表明，舞钢已具备生产100mmQ460E/Z35厚板的技术能力。

2005年4月，“鸟巢业主带领相关制造方、监理、专家组成员等一行13人来到舞钢，与舞钢进行了技术交流，希望舞钢能在3周内提供3块110mmQ460E/Z35试板，进行各项性能检验及焊接评定。

2005年5月初，舞钢在生产任务非常紧张的情况下进行了第三次试生产，不久，110mm评定板发往用户。

用户评定结果表明，钢板不仅达到了Q460E/Z35要求的高强度、较高的低温韧性以及良好的抗层状撕裂性能，还具有低屈强比、高延伸率，完全满足钢结构抗震、防震的要求，并且钢板碳当量低，便于加工焊接。

生产Q460E/Z35钢板主要工艺技术措施
舞钢对于Q460E/Z35钢板的生产，实行了“精料、精炼、精轧、精整的方针，严格按质量计划和内控质量标准控制各个生产环节，通过一系列工艺技术保证措施，确保各项性能达到“鸟巢的设计规范。

微合金化成分设计
采用微合金化成分，以获得钢板的高强度、高韧性，同时可以降低焊接碳当量，提高钢材的焊接性能。

供“鸟巢用100～110mmQ460E/Z35钢板，技术条件要求焊接碳当量Ceq≤0.50%，实际供货控制在0.47%以下。

通过对化学成分、生产工艺的优化，在保证高强度的同时，实现了尽可能低的焊接碳当量，保证现场顺利施工、焊接，解决了高强度和低碳当量之间的矛盾。

洁净钢冶炼工艺
采用洁净钢生产工艺，降低钢中的气体和夹杂物含量，以提高钢板的综合性能，尤其是提高抗层状撕裂性能。

冶炼前对废钢等原料进行精选，减少带入钢中的外来夹杂。

在电炉冶炼熔化期加强造渣、流渣，通过偏心底避渣出钢等措施将P控制在0.012%以下。

在LF炉外精炼过程，加强造白渣，加强吹Ar促进钢水与渣的混合搅拌，经VD处理，将S控制在0.005%以下，同时进行Ca处理，改善夹杂物形态。

大钢锭无缺陷浇铸工艺
为保证一定的压缩比，供货钢板全部采用钢锭成材，而钢锭厚度增大后，凝固过程中容易产生偏析、疏松、气孔等冶金缺陷。

为此，舞钢研究开发了大钢锭无缺陷浇铸工艺，通过采用合理的锭型设计、合适的浇铸温度和浇铸速度、保护浇铸等技术措施，大幅度改善了大钢锭的内部质量。

严格的控轧控冷工艺
微合金化控轧控冷钢板，具有良好的细化晶粒效果，为保证-40℃低温韧性和减轻板厚效应，采取严格的未再结晶区控制轧制和随后的控制冷却，细化铁素体晶粒，提高钢板的强度和韧性，并通过形变诱导Nb、V、Ti的碳氮化物沉淀，提高基体的强度。

热处理
正火钢板组织比较均匀，在屈服强度稍有下降的情况下，可改善钢板厚度中心部位性能，得到强度、塑性、韧性的最佳匹配。

Q460E/Z35钢板通过正火改善组织，消除控轧产生的不良影响，得到了良好的综合性能。

GB713-2008《锅炉与压力容器用钢板》。

pdf。