CN109234639A - 建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢耐火性能匹配的方法 - Google Patents

建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢耐火性能匹配的方法 Download PDF

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Abstract

一种建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢耐火性能匹配的方法，属于建筑钢结构螺栓钢技术领域。步骤为：先选用满足1000Mpa级建筑钢结构用耐大气环境腐蚀、耐火性能要求的高强螺栓钢，成分重量百分比为：C：0.16‑0.25％，Si：0.1‑0.3％，Mn：0.3‑0.9％，Ti：0.03‑0.08％，Cr：0.3‑1.2％，W：0.001‑0.8％等，余量为Fe和不可避免杂质；再测试螺栓钢耐火性能；最后制造成生产规格为M12‑30mm的高强螺栓。优点在于：解决了普通高强螺栓钢不具备的耐大气腐蚀和耐火性能要求，并提供一种建筑钢结构结合部耐火性能的匹配方法。

Description

建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢耐火性能匹配的方法
技术领域
本发明属于建筑钢结构螺栓钢技术领域，特别涉及一种建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢耐火性能匹配的方法。尤其涉及10.9级建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢。
背景技术
钢结构由于具有强度高、自重轻、基础造价低、施工周期短、能解决大空间的复杂问题以及抗震性较好等一系列优点，钢结构在建筑领域迅速发展。目前，国内钢结构住宅、商业大厦、立体车库、电视塔以及风景园林的建设和发展将钢结构迈上了更高的台阶。但钢结构钢存在腐蚀及耐火性能差等主要问题，据工业发达国家统计因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的4.7％。另外，自从美国9.11事件后，对材料耐火性能提出了更高的要求。关于钢结构的螺栓联接同样面临着腐蚀、耐火性能方面的问题，目前尚未见满足耐火性能要求的高强螺栓用钢的研制，开发耐候耐火高强螺栓钢迫在眉睫。
钢结构高强螺栓的连接类型一般分为承压型和摩擦型连接，而实际工程及重要结构等都选用摩擦型连接方式，未发挥潜能作为储备。目前，钢结构螺栓连接形式、钢结构设计规范、设计标准及材料标准等都基于室温条件。钢结构板材强度级别Q345Mpa、390Mpa、420Mpa以及460Mpa等，配套的螺栓强度级别均为10.9级。在高温(600℃)条件下，螺栓强度折减比较严重，摩擦系数在520℃时降为0，摩擦型连接方式失去作用，构造发生转变，成为单依靠螺栓杆身剪切和孔壁承压的方式支承整体重量。针对板材耐火性能具有明确控制指标，在600℃下3小时其屈服强度高于室温屈服强度的2/3。钢结构承重依靠螺栓杆身剪切和孔壁承压的方式，明确不同强度级别板材(Q345、Q460....)耐火性能匹配高强螺栓室温强度为1000Mpa级，高温强度匹配方法及指标成为开发耐火螺栓钢的关键问题。
针对钢结构耐候螺栓，美国钢结构耐候螺栓标准相对比较全面，但美国未发现耐火螺栓、耐候耐火螺栓产品及相关标准、规范。关于钢结构耐火螺栓，最早起源于日本，同时也能代表国外最高水平，主要应用于钢结构建筑中。日本耐候、耐火螺栓钢由日本钢厂发起研发及推广应用，但日本无耐候螺栓、耐火螺栓的标准及规范，同时日本也无同时具备耐候和耐火复合性能螺栓产品及相关标准。我国板材自1993年开始研制，近十年取得了良好的成绩，2001年武钢研制出了WGJ510C2钢；鞍钢研制成功了Cr-Mo-Nb-V系的490级高性能耐火钢，马钢的建筑用耐火H型钢、宝钢、攀钢的高性能耐火钢相继研制生产。而国内耐火耐候高强螺栓用钢相对滞后，研发相对较少且未工业化。关于耐候螺栓钢，“一种免涂装耐候圆钢的生产方法”、“免涂装钢结构用耐工业大气腐蚀高强螺栓钢及其制造方法”、“免涂装桥梁结构用耐海洋大气腐蚀高强螺栓钢及其制造方法”和“免涂装桥梁结构用耐工业大气腐蚀高强螺栓钢及制造方法”4项专利，都是针对耐工业大气和海洋大气环境腐蚀螺栓钢，都不具备耐高温性能。
本发明开发的建筑钢结构同时具备耐火、耐候要求的高强螺栓用钢属于新产品开发，另外提出与配套板材耐火性能的匹配方法。在未来市场中的竞争能力具有长远的、重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢耐火性能匹配的方法，解决了普通1000Mpa级高强螺栓不具备耐大气环境腐蚀和耐火的性能问题。提供一种适合免涂装耐大气环境腐蚀和耐高温性能要求的钢种化学成分及其高温条件下与板材耐火性能匹配方法。
一种建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢耐火性能匹配的方法，具体步骤及控参数如下：
1、选用满足1000Mpa级建筑钢结构用耐大气环境腐蚀、耐火性能要求的高强螺栓钢，其成分重量百分比(％)为：C：0.16-0.25％，Si：0.1-0.3％，Mn：0.3-0.9％，Ti：0.03-0.08％，Cr：0.3-1.2％，W：0.001-0.8％，V：0.05-0.20％，Nb：0.03-0.15％，Mo：0.35-1.50％，Cu：0.2-0.6％，Ni：0.2-2.0％，余量为Fe和不可避免杂质；
2、测试螺栓钢在600℃、保温3h条件下耐火性能，需满足如下公式：
建筑钢结构材料在着火情况下(高温模拟条件600℃×3h)，钢结构螺栓连接构造发生转变，成为依靠螺栓杆身剪切和孔壁承压的方式，两种方式中高温强度的材料发生破坏。以螺栓抗剪强度控制的承载力，10.9级高强螺栓抗剪强度达到310Mpa；即高温抗拉强度需要满足Rm(600℃)≥310/0.62＝500Mpa。以孔壁承压强度控制的承载力，板材或型材高温抗压强度2/3RP0.2；钢结构规范设计600℃保温3h抗压强度需要满足2/3RP0.2/1.111；
3、制造成生产规格为M12-30mm的高强螺栓。
本发明的优点在于：在满足普通高强螺栓钢的全部室温性能的基础上，解决了普通1000Mpa级高强螺栓钢不具备的耐大气腐蚀和耐火性能要求，并提供一种建筑钢结构结合部耐火(火灾情况下)性能的匹配方法。
附图说明
图1为耐火耐候螺栓钢成分G在高温(600℃×3h)条件下的应力应变曲线。
图2为耐火耐候螺栓钢成分J在高温(600℃×3h)条件下的应力应变曲线。
图3为耐火耐候螺栓钢成分G和对比钢2加速腐蚀(24-96h)速率曲线。
具体实施方式
一种建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢耐火性能匹配的方法，采用150和200mm2连铸坯生产Φ12-30mm盘条和棒材中得到应用，经下游螺栓加工厂打制螺栓，并经调质处理后获得优异的力学、耐候性能。具体步骤及控参数如下：
1、选用满足1000Mpa级建筑钢结构用耐大气环境腐蚀、耐火性能要求的高强螺栓钢，其成分重量百分比(％)见表1；
2、采用高线和棒材轧制高强螺栓用热轧材，轧制规格为φ12、24和30mm；
3、测试螺栓钢在600℃、保温3h条件下耐火性能，需满足如下公式：经调质热处理后室温力学性能和高温力学性能见表2。在满足1000Mpa级螺栓室温性能要求的基础上，高温600℃保温3小时后抗拉强度均高于550Mpa。
4、经下游紧固件加工厂深加工，喷丸或酸洗、磷皂化及拉拔、冷镦、滚丝加工成M12、24和30mm规格螺栓产品。
表1具体实施例中钢种化学成分
表2免涂装建筑结构用耐火耐候高强螺栓钢调质处理后室温力学性能及高温600℃×3h力学性能

Claims (1)

1.一种建筑钢结构用耐火耐候高强螺栓钢耐火性能匹配的方法，具体步骤及控参数如下：
1)选用满足1000Mpa级建筑钢结构用耐大气环境腐蚀、耐火性能要求的高强螺栓钢，其成分重量百分比为：C：0.16-0.25％，Si：0.1-0.3％，Mn：0.3-0.9％，Ti：0.03-0.08％，Cr：0.3-1.2％，W：0.001-0.8％，V：0.05-0.20％，Nb：0.03-0.15％，Mo：0.35-1.50％，Cu：0.2-0.6％，Ni：0.2-2.0％，余量为Fe和不可避免杂质；
2)测试螺栓钢在600℃、保温3h条件下耐火性能，需满足如下公式：
3)制造成生产规格为M12-30mm的高强螺栓。
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