Q460托起"鸟巢"钢铁脊梁
国内建筑结构首次使用 Q460托起"鸟巢"钢铁脊梁
说起“Q460”钢材，大多数人可能都不了解。但就是这种不为人知的钢材，成为北京奥运会主体育场“鸟巢”钢结构的主要用材。为“鸟巢”量身定做的Q460，在国内从未生产，更没有应用在建筑结构上。我国科研人员经过攻关，终于研制出Q460来。 2008年奥运会主体育场“鸟巢”结构设计奇特新颖，而这次搭建它钢结构的Q460也有很多独到之处：这是国内在建筑结构上首次使用Q460规格的钢材;而这次使用的钢板厚度达到110毫米，是以前绝无仅有的，在国家标准中，Q460的最大厚度也只是100毫米…… 那么，Q460到底是一种怎样的钢材？为什么以前国内建筑没有使用过？在种类繁多的钢材中，“鸟巢”为什么单单选中它作钢结构的材料？它的科研过程又怎样的？带着诸多问题，记者来到为“鸟巢”研发生产Q460的河南舞阳钢铁公司一探究竟。
什么是Q460 舞阳钢铁公司位于河南省舞钢市，前临水库，背靠大山，风景宜人。如果事前不了解的话，很难把大名鼎鼎的“鸟巢”的建筑结构用钢和这样一个山清水秀的地方联系在一起。
舞阳钢铁公司科技部主任工程师韦明介绍说，在建筑用钢方面，舞阳钢铁厂在国内处于领先地位,起草过行业标准和国家标准。奥运工程的建设者希望能实现用钢国产化，舞钢也希望通过奥运用钢来提高产品的档次和质量等级，所以双方都有携手的意愿，并最终达成了这次合作。 舞钢科技部的李玉谦工程师解释说，Q460是一种低合金高强度钢。Q代表钢材的强度，460代表460兆帕，兆是10的6次方，帕是压强单位帕斯卡。Q460就是钢材受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，也就是当外力泄掉后，钢材只能保持受力的形状而无法回复原形，这个强度要比一般钢材大。
这次“鸟巢”使用的Q460厚达110毫米，以前在国内从来没有过，生产难度很大。以前我国在工程机械方面使用Q460的比较多，比如制造挖掘机等，而在建筑结构用钢上还没有使用过Q460这个级别的钢材。这是因为，在设计时主要考虑到强度比较低的钢材延伸率高，能像弹簧一样在受到强大外力比如地震时，通过变形吸收地震的能量、防止断裂，更有利于提高抗震性能。
既然如此，那么 “鸟巢”为何青睐Q460 任何事情都有两面性。 李玉谦说，钢材在要求强度大的同时，用低合金冶炼也很重要，这主要是考虑钢材的可焊性。高合金的钢材虽然强度大，但可焊性差，并且在低温下对压力的承受力不如低合金钢材。 “鸟巢”的跨度很大，如果使用低强度的钢材，将使钢材的断面增大，在受力比较复杂的情况下，会带来一系列的问题。比如，110毫米厚的高强度钢材，如果换成低强度钢材，厚度至少要达到220毫米，而钢板越厚，焊接越难。而且，钢材在焊接的部位很容易出现问题，尤其是断面增大之后，在焊接过程中容易产生缺陷。
除了焊接不便，低强度钢材体积和负重大是另外一个不足之处。韦明介绍说，钢材出厂后并不是直接使用到建筑上，而是要焊成方形柱或矩形柱来使用，如果用低强度的钢，需要把柱子焊的很大，大尺寸的钢结构不利于加工制作，如果用高强度钢，柱子就可以焊得很小，重量和占地面积都要小，更加方便加工制作。鉴于这些情况，“鸟巢”的建设者们最终选择了高强度的Q460。那么以前只在机械结构上使用过的Q460，能否承担建筑结构的重任？ 韦明说，建筑结构用钢和工程机械用钢不尽相同。建筑结构用钢应该具有几个特点：首先它要具有良好的抗震性；另外还要求具有防止钢材焊接后一层层裂开的性能；还有就是好的抗低温性能，因为钢材在低温情况下会变脆，温度越低、钢材越碎，越容易断裂，具有很好的抗低温性的钢材就不容易发生脆化；因为“鸟巢”的钢结构最后要进行焊接，所以还要求钢材具有良好的可焊性。 既然Q460增添了这些功能，而且钢材厚度和使用范围都是前所未有的，人们不禁想了解这专为“鸟巢”定制的钢材的研发过程。
Q460是怎样炼成的 为了给“鸟巢”提供“合身”的Q460，从2004年9月开始，舞钢的科研人员开始了长达半年多的攻关之路，前后3次试制方获成功。由于以前就有很好科研基础，所以李玉谦认为，这次攻关比较顺利。 2004年9月，第一次试制开始进行。首次试制的结果是除了强度不尽如人意外，其他各项指标全都合格。
如何提高强度，成了摆在科研人员面前的一道关。 科研人员通过改进工艺，在保证低碳当量的基础上，适当的增加了微合金元素的含量。良好的焊接性能要求钢材碳当量低，而微合金元素的增加在增加钢材强度的同时，也会增加钢材的碳当量。但好在增加的碳当量很少，所以不会影响钢材的可焊性。 改进工艺后，2005年的3、4月间，科研人员进行了第二次试制。这次试制，强度和其他指标达到了要求，但冲击韧性实验的结果却不能令人满意。 冲击韧性实验是用一块样品钢板，打开一个小缺口，放置在低温的环境下，用摆锤撞击钢板，看它能够吸收多少能量。做这个实验的目的是试验钢材在低温的环境能够承受多大外力的打击。如果钢材在低温的环境下没有问题，高温就更没问题。这次实验Q460，是在零下40摄氏度的环境下进行的冲击韧性并不理想。 2005年的5月份，第三次试制实验开始，主攻方向是解决低温冲击韧性的问题。研究人员采取的办法是改进工艺、细化晶粒。
晶粒是钢材的组织或者成分，晶粒越细，钢材的韧性越好。细化的手段一个是降低轧制温度，另一个是增加压下量。 降低轧制温度对细化晶粒非常有益。比如，原先晶粒是一个球状，经过轧制，钢板变长，晶粒也会随之相应变长并且表面积增大，在适宜的温度条件下，晶粒表面会再结晶，形成许多新的晶粒，这样就将晶粒细化了。 而增加压下量可以使晶粒进一步细化。压下量就是将钢坯压薄时压下的尺寸，比如钢坯开始的厚度是100毫米，用机器将它压到80毫米，那压下量就是20毫米。通过增加压下量这个参数，在其他条件不变的情况下，可以使晶粒的表面积更大，这样可以形成更多的结晶，使晶粒更加细化。 通过改进工艺，终于使Q460达到了“鸟巢”的使用要求。2005年7月，为“鸟巢”准备的Q460开始批量生产，为奥运工程服务。 现在，“鸟巢”已经完成混凝土施工，开始进行钢结构施工。它使用的几百吨自主创新、具有知识产权的国产Q460钢材，将为它撑起骄傲的铁骨钢筋。当2008年北京奥运会(北京奥运会新闻,北京奥运会说吧)举办时，“鸟巢”向全世界展示的不仅是宝贵的奥运建筑遗产，还有中国人民的创新成果。
免责声明：以下信息由企业自行提供，内容的真实性、准确性和合法性由发布企业负责。锅炉信息网对此不承担任何保证责任。
