编者按：钢结构因其强度高、重量轻、抗震性能好、工业化程度高、节能环保等综合优势而得到广泛应用。 美国、日本等发达国家，钢结构建筑面积占总建筑面积的50%以上，而我国目前钢结构建筑比例不足10%。 随着我国城市化步伐的加快钢材屈服强度表，钢结构建筑未来将有广阔的发展空间。 开发钢材新品种，满足钢结构用钢的市场需求，对于我国钢铁企业来说，还有很长的路要走。 本报特此整理本次专题报道钢材屈服强度表，旨在为企业进行钢结构产品的研发提供参考。
钢结构主要钢材
钢厂开发了多种钢材，广泛应用于钢结构。 所开发和应用的钢材的特点，一言以蔽之，就是钢材的“多样性”。 第一个特点是“力量多元化”。 钢材的强度范围涵盖了从超高强度到极低强度的各种钢材； 第二个特点是“功能多样化”。 已开发出各种具有高焊接性、韧性，特别是耐蚀性和变形能力的钢材。 屈服强度比低、屈服点范围窄、耐火度高是日本独有的性能要求，部分性能要求已被欧美标准采用。 第三个特点与钢材的形状有关，这里称之为“断面多样性”。热轧方法可以生产大断面材料、极厚材料、非对称断面材料。不仅为用户提供形状自由度高的钢材产品，还为用户提供各种尺寸、规格的钢材产品。
1有助于大型钢结构的高强度厚钢板
在桥梁用钢方面，由多根水平梁并列组成的桁架桥（板梁）的建设，加速了高强度钢材的发展。 20世纪50年代，使用抗拉强度为500N/mm2的厚钢板，1960年代，使用抗拉强度为600N/mm2的厚钢板。 后来桥梁的大跨度对桁架桥、悬索桥等结构形式的创新发挥了重要作用。 到20世纪60年代末，厚钢板的抗拉强度达到800N/mm2。 当时的高强度钢是含有较多Ni、Mn、Cr等合金元素的钢。 尽管这些钢强度很高，但可焊性是一个问题。 为了解决这一问题，日本在1998年建成的明石海峡大桥上开发了低预热型800N/mm 2级钢作为加劲梁用钢。通过结合当时最新的TMCP技术和沉淀强化技术，该钢种可以提高提高了钢材的焊接性能，并成功地将常规预热温度从100℃以上降低至50℃左右。
自 20 世纪 90 年代以来，高强度钢在建筑物中的使用取得了进展。 1993年横滨陆上灯塔应用抗拉强度为600N/mm的2级钢就是一个代表性的例子。 自2000年以来，被称为阻尼器的抗震装置（减振结构）被广泛应用，以吸收地震引起的建筑物振动能量，减少建筑物柱、梁的损坏。 虽然高强钢板在建筑中的应用晚于桥梁，但随着新的抗震设计方法和建筑新结构形式的实施，超高强厚钢板在建筑中的应用已经超过了桥梁。 。
2世界最长悬索桥钢缆超高强度钢丝
一般来说，当高强度钢丝的含碳量提高到0.8%时，就会形成由硬质相和软质相组成的珠光体组织。 研究发现，添加Si和Cr可以抑制碳的扩散，防止渗碳体的产生。 破碎的。 在明石海峡大桥钢丝的生产中，由于Cr会降低热处理效率，最终的解决方案是添加Si以提高强度。 由于目前可以生产抗拉强度超过2000N/mm²的钢丝，预计将用于世界各地正在规划的长桥（例如挪威松恩峡湾大桥等）。
3解决氢脆问题的建筑用超高强度螺栓
日本于20世纪50年代开始将高强度螺栓应用于桥梁和建筑物。 早期高强螺栓的抗拉强度为600-800N/mm²。 1964年，日本首次制定了高强度螺栓的工业标准，促进了高强度螺栓的推广应用。 1964年的日本工业标准中，列出了抗拉强度为700、900、1100和1300N/mm²四种螺栓的工业标准。 1300N/mm²螺栓在使用后立即会出现氢脆问题（延迟断裂）。 因此，在1967年标准修订中，只列出了800、1000和1100N/mm²三种工业螺栓。 标准。 后来，1100N/mm²螺栓偶尔会出现氢脆问题。 因此，1979年以后，只有1000N/mm²（F10T）螺栓标准。 螺栓的高强度是由于氢脆问题。 并且停滞了大约20年。
1999年，由于解决了建筑用高强度螺栓的氢脆问题，高强度螺栓由以前的1000N/mm2级别一举提高到1400N/mm2级别（F14T）。 通过海水试验等暴露试验，证实超高强度螺栓具有稳定的抗氢脆性能。 它们在建筑中使用已有10多年的历史，为钢结构构件的简化、省力做出了巨大的贡献。 贡献。
4 满足各种性能要求的桥梁用高性能厚钢板
尽管高强度钢（抗拉强度800N/mm²）在桥梁上的应用在20世纪60年代获得了快速发展，但由于添加了大量的C和B以保证淬透性，高强度钢容易出现低温焊接性裂纹等问题。 为了解决这个问题，开发了低预热型800N/mm2级钢材（厚钢板）。 由于这种钢板可以将焊接预热温度降低到原始温度（50℃）的一半以下，有助于提高桥梁施工速度。
日本于1994年开始研究桥梁用高性能钢，2008年将and（表示屈服强度的数值）纳入新钢材标准（JIS G3140-SBHS），并于2011年新增。美国、韩国已日本也制定了桥梁用高性能厚钢板的标准，但日本SBHS钢的保证屈服强度值高于其他国家，如表1所示。
5 新抗震设计方法下建筑用抗震钢材料的要求
20世纪80年代以来，新型建筑结构用钢得到大力开发和应用。 1981年，以“新抗震设计法”实施为契机，建筑设计发生了巨大变化，由弹性设计转向塑性设计。 开发SN钢、SA440钢等抗震钢材（厚钢板、型钢）。 这些新型抗震钢材的主要特点是，不仅钢材的韧性值和钢材厚度方向的断面收缩率满足桥梁用钢的标准，而且屈强比（ratio）上限也满足要求。屈服强度与抗拉强度的比值）屈服强度的上限和下限也在规定的范围内。
屈强比是影响钢构件塑性变形能力的指标。 换句话说，屈强比YP越低，塑性区越大，变形能力越高。 SN钢和SA440钢（抗拉强度为400-600N/mm²）是低屈强比钢。 它们基于硬相和软相的双相结构，可以通过结构控制和晶粒尺寸控制来获得。 必要的强度和屈服强度比。
另一方面，屈服强度的上下限是影响整个车架变形能力的性能指标。 SN钢和SA440钢的屈服强度上限和下限规定为100-200N/mm²。 通过严格控制生产过程中的温度轧制条件，可以控制材料屈服强度的上下限。 表2为主要国家抗震钢钢材标准比较。 无论屈服强度比和韧性值，日本的标准都是最严格的。 欧洲材料标准和设计标准没有规定屈服比的上限，因此需要进一步研究。
6 钢材断裂控制技术及高HAZ韧性钢
1995年日本兵库县南部地震的特征之一是钢材从焊接部分断裂。 当时采用的是SN钢，无法保证HAZ韧性。 为了确保HAZ韧性，有效的方法是控制Ti、TiO2等氮化物、氧化物的晶粒长大（钉扎效应），利用晶粒内的细化（晶粒内的铁素体相）。 变化）来实现晶粒细化。 为了细化晶粒，我们开发了一种可以有效抑制HAZ附近晶粒生长的技术。 该技术采用将粒径为数十纳米至数百纳米的极细的含Mg、Ca的氧化物和硫化物分散在钢中来控制晶粒长大的技术。 另外，还开发了通过添加B等微量合金来控制晶内组织的技术，并且提出了各种控制HAZ区域的组织的技术。 通过这些研究，开发出了高热影响区韧性钢，即使焊缝能量为100kJ/mm，也能保证0℃时热影响区韧性超过70J。 目前，这种高热影响区韧性钢已广泛用作高层建筑的柱用钢。
7 有助于降低生命周期成本的耐候和耐腐蚀钢
目前，20%-25%的新建桥梁采用JIS耐候钢（SMA），无需涂漆即可确保长期耐用性，有助于降低生命周期成本（LCC）。 耐候钢广泛用于桥梁，但在海岸线附近的盐分环境中，它不会形成保护性锈，也不能抑制腐蚀。 为了解决这个问题，开发了镍基高耐候钢。 该钢的特点是Ni的添加量为1%-3%，还添加微量的Cu、Mo、Ti等合金元素。 该钢于1998年首次用于北陆新干线上的桥梁和桥墩，15年后的暴露试验表明，3%镍基高耐候钢的腐蚀量仅为JIS-SMA的2/3， 0.17毫米/100年。 最初开发的高耐候钢是3%Ni-Cu系列。 后来由于Ni添加量和添加合金元素的不同，出现了多种高耐候钢，可根据不同的腐蚀环境使用。
为了更好地防止海岸线附近的盐分对钢结构的腐蚀作用，人们开发了在钢结构涂漆时可以延长重涂周期的钢材，例如添加Sn钢。 根据暴露试验和加速腐蚀试验的结果可以看出，添加Sn钢的使用寿命比涂层钢板长约2倍。 根据含盐量的不同，主要分别采用加锡钢和耐候钢。
除上述钢种外，还开发了含少量Cr、Al的低合金耐腐蚀钢，涂敷一次性防锈无机含锌粉末耐腐蚀、耐热耐腐蚀涂层使其耐腐蚀性能接近不锈钢（）技术，该钢被称为“ARU-TEN”。
8 适合新型建筑结构的高性能钢（低屈服点钢和超高强度钢）
为了进一步提高屈曲支撑和减振结构的性能，开发了阻尼器专用钢材。 开发的钢材有LY100和LY235。 在新型建筑结构推广减振结构的过程中，为了降低大地震带来的风险，2004年开始研究将减振结构与高强钢相结合的“新型结构装置”。 除了研究几种类型的减振结构装置外，还开发了800N/mm2高强度厚钢板（H-SA700）。 其抗拉强度为800N/mm2，屈服比上限为98%。 分为焊接式和非焊接式两种。 此外，还开发了抗拉强度为1000N/mm2的超高强度厚钢板，并在低层建筑中进行了试验。 该钢的屈服强度在880N/mm2以上，抗拉强度在950N/mm2以上，屈强比在98%以下。 另外，为了防止该钢出现焊接裂纹，需要进行焊接预热。 这是一个问题，但是可以通过使用软关节来解决。
9 全球首创高温强度保证建筑用钢（耐火钢）
为解决火灾高温下钢材强度急剧下降的问题，1988年研制出具有良好高温强度性能的耐火钢，并于2017年首次成功应用于三维停车场。世界。 建筑用耐火钢的主要特点是保证600℃时的屈服强度为常温下F值（材料设计强度）的2/3以上。 耐火钢的高温强度优于普通焊接结构钢。 600℃屈服强度（YP）为常温设计标准强度的2/3以上。 使用耐火钢不仅可以省去耐火保护层，缩短工期，而且无需耐火保护层也可以使钢结构重量更轻。
10根大截面、高尺寸自由度的H型钢和钢板桩
20世纪80年代后期，新的轧制技术被开发出来，使得H型钢的尺寸可以随意调整。 由此，H型钢的大型化和尺寸自由度得到了极大的发展。 例如，对欧洲的梁用H型钢（H型钢规格）和日本的（外形尺寸恒定的H型钢）进行比较可知，欧洲各种尺寸的H型钢品种数量为224个。而日本则超过600种。各种尺寸的H型钢品种数量占据绝对优势。
另一方面，地下结构施工用钢板桩也正在向大截面、独特形状方向发展。 1931年，日本开始借鉴国外技术生产钢板桩，一直采用欧洲标准生产宽度为400mm的U型钢板桩。 后来又开发了宽度为500mm、600mm的U型钢板桩。 2005年，我们开发了宽度为900mm的帽形钢板桩，具有施工性强、可靠、经济的特点。 帽形钢板桩分为高度230mm的10H和高度300mm的25H两种。 后来又开发了两个高度约370mm、不同厚度的大型帽形钢板桩（45H和50H）。
11 其他高性能钢材（高强钢筋、超高强钢纤维）
钢筋混凝土结构与钢结构不同。 从广义上讲，它是混凝土和钢材（钢筋）的复合材料。 混凝土是一种脆性材料，虽然具有压缩性能，但拉伸性能非常低。 为了弥补混凝土的缺点，需要钢筋来解决。 这是钢筋混凝土。 1988年，受国外高强混凝土发展的影响，日本启动了新的钢筋混凝土计划，开发强度比以前高2-4倍的建筑用钢材。
随着大城市超高层住宅建设的不断发展，自1995年起，在新的钢筋混凝土计划下开发的高强混凝土和高强钢筋不断使用，目前混凝土的最大强度已达到200N/mm²，纵向钢筋强度达到685N/mm²，横向钢筋强度达到1275N/mm²。
混凝土强度高，特别是150-200N/mm²以上的混凝土极易发生脆性破坏，因此，将超高强钢纤维掺入混凝土中以增强混凝土强度的案例越来越多。 这种超高强钢纤维不仅可以改善高强混凝土的变形性能，还可以防止高强混凝土在火灾时发生爆裂。
另一方面，作为钢筋混凝土结构的形式之一，有预应力混凝土结构(PC)结构。 使用高强度PC钢可以在混凝土中产生预压力，改善弱拉混凝土的性能。 该结构使用的PC钢的抗拉强度一般为1860N/mm²，但2230N/mm²的钢材也已用于实际建筑中。
