1 钢结构在我国的发展

我国经济持续快速发展，经济建设和文化建设的进步极大地推进了我国钢结构的发展，尤其是近几年，发展速度较快，推广应用面进一步扩大，钢结构在大城市已经引起重视和得到应用，许多大型工程、形象工程都采用了钢结构，比如上海的国贸中心、金茂大厦、广州国际会展中心、九运会的几个体育场馆、深圳的赛格广场大厦等等。从技术基础来看，在普通钢结构、高层民用建筑钢结构、网架结构等各类结构方面的设计、施工、验收规范规程及行业标准已发行20余本，而在多年的实践中，钢结构设计人员已经形成一定的规模，而且专业素质也在实践中不断提高。

但跟发达国家相比，我国钢结构的应用仍然差距不小，在发达国家，钢结构建筑已经成为城市的重要建筑，钢结构建筑占建筑总量的比例一般都在30%以上，比如日本，钢结构建筑要占整个建筑的50%以上，而我国尚不足5%。总体上，我国钢结构建筑在普及上离发达国家还有相当差距，这同时也说明我国钢结构建筑发展潜力十分巨大。

2 耐火耐候钢产品的发展

2.1 钢结构的致命弱点：钢的腐蚀和火灾时钢构件的软化

在钢结构建筑中，存在两大问题：钢的腐蚀和火灾时钢构件的软化。

在自然气候下，钢材受蚀减薄5年可达0.1～1mm以上，时间长或在特殊及人为的恶劣环境下，减薄更为严重。采用涂装可以减缓腐蚀，但费用较高。如桥梁涂装费10年内可为钢结构费用的2.5倍。钢材的防腐处理工本高，且不易维护，这给钢结构的推广应用带来了一定的制约。

当钢的温度达到350℃及其以上时，钢的屈服强度下降至规定的室温屈服强度的2/3或更低，低于钢构件要求的屈服强度，为使钢构件的温度在火灾期间不超过350℃，钢构件必须喷涂防火材料。但是喷涂防火材料的作业对工人的健康有着极大的损害且非常费时，此外，建筑的有效空间也因防火包覆而减少。因此，钢结构建筑对减少防火包覆的要求越来越强烈。

2.2 耐火耐候钢的国内外发展情况

耐火钢的概念在上世纪八十年代由日本开始提出，现在欧美、日本、韩国和澳大利亚等发达国家相继开展了耐火钢的研究和生产。日本新日铁、川崎和NKK都可提供耐火钢材，包括型钢、板材、带材和钢管等产品。新日铁和NKK的耐火钢板材形成了室温力学性能相当于JIS标准SM400和SM490级别的系列产品。据有关资料，耐火耐候钢在日本建筑行业的需求量呈快速增长的势头。国内有关钢厂也开展了耐火耐候钢的研制工作。宝钢在国内最早开始研制和生产建筑用耐火耐候钢，迄今已向不同用户提供耐火耐候钢商品材超过7000吨。特别是2001年宝钢耐火耐候钢有5000余吨成功用于上海市第一个全钢结构高层住宅楼群中福工程，这是国内首次大批量生产和使用耐火耐候钢。工程实践证明，宝钢耐火耐候钢各方面性能满足工程需要，是建筑用钢中的精品。

3 宝钢建筑用耐火耐候钢产品系列简介

3.1宝钢耐火耐候钢品种开发

宝钢开发建筑用耐火耐候钢的目的就是增加钢的高温强度和耐大气腐蚀性。同时，宝钢耐火耐候钢具有与普通建筑用钢相当的室温力学性能、焊接性能以及其它性能。宝钢研制成功的耐火耐候钢耐候性与美国的高耐候Cor-Ten钢相当，为普通钢的3～8倍，可视情况裸露使用。并可提高涂装性，涂在耐候钢上的涂层的失效年限远长于普通钢。耐火性与日本的建筑用耐火钢相当，可使600℃时屈服强度下降不大于规定的室温屈服强度标准的1/3，这是火灾时保证建筑安全性的一个必要的许用指标，而普通钢至多在350℃时保持这一强度值。由此可以减少防火涂料和防火包覆的使用，从而减少污染、缩短工期、增加建筑有效面积、降低成本且减少或不必进行防腐维护，是一种具有“绿色环保”、可持续发展的经济类钢材。

下表中以TN系列涂料为例，比较普通钢结构和耐候耐火钢结构在防护方面的成本情况。TN-LG为厚涂型涂料，耐火时间随涂层厚度增加而增加，密度400Kg/m³，价格为210元/50Kg。

     表2 普通钢结构和耐候（耐火）钢结构的防护成本

  根据现代钢结构建筑的统计，对于高层、超高层钢结构建筑，10~16平方米建筑面积对应使用约一吨钢，平均每吨钢折算其表面积约为38m²（双面）。因此，折算到每平方米建筑面积上的防护处理成本约为（以平均2小时耐火计）：42×38÷（10~16）=100~160元。加上其它一些费用，平均防护成本约140元。若采用耐火耐候钢：则折算到每平方米建筑面积上的防护处理成本约为（以平均2小时耐火计）：8.4×38÷（10~16）=20~32元。加上其它一些费用，平均防护成本约27元。

    由此可见，采用耐候耐火钢可以解决钢材本身应用于民用建筑的两大弱项（防腐、防火），明显降低建设成本。从而为钢结构在民用建筑领域的使用创造了有利的条件。

为保证建筑结构的抗震性，宝钢耐火耐候钢满足国家建筑行业规范的低屈强比要求。

1999年以来，宝钢耐火耐候钢已经提供给多家业主建造工业厂房、民用建筑房屋等。2001年落成的中国南极长城站的宝钢楼，其钢结构用的就是宝钢耐火耐候钢。2001年－2002年，宝钢向位于上海南京东路的上海第一个全钢结构高层住宅楼群中福工程提供建筑用耐火耐候钢B490RNQ 近5000余吨。在此期间，宝钢与有关业主、工程设计单位联合进行了多次焊接试验及工艺评定、耐火试验等，实践证明，宝钢耐火耐候钢焊接、成形、抗震、耐火、耐候等各方面性能完全满足用户要求，是建筑用钢中的精品。

宝钢目前可以提供B400RNQ（室温力学性能相当与Q235B）和B490RNQ（室温力学性能相当于Q345B）两个牌号的耐火耐候钢。

3.2 宝钢耐火耐候钢的性能特点

3.2.1 交货性能指标

宝钢耐火耐候钢的力学拉伸、冲击性能和高温性能应符合下表的规定。

表3  B400RNQ、B490RNQ的力学性能和高温性能

3.2.2 宝钢耐火耐候钢耐腐蚀性能

通过加入耐候性元素，使钢铁材料在锈层和基体之间形成一层约50～100μm厚的致密且与基体金属粘附性好氧化物层。由于这层致密氧化物膜的存在，阻止了大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，从而大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力。并且，由于锈层的稳定，使得非裸露用耐候钢的涂装层不易脱落。研究表明，依耐候钢成分不同，钢构件使用环境不同，耐候钢的抗大气腐蚀能力可比普通钢提高2～8倍，涂装性可提高1.5～10倍。宝钢是目前国内最大的耐候钢供应商，耐候钢的研究和生产处于国内领先地位。宝钢耐火耐候钢的耐候性是目前耐候钢中的最高等级。

3.2.3 宝钢耐火耐候钢的冲击性能

取20mm厚工业生产的热轧板进行系列CVN冲击试验，结果得出B490RNQ的50％FATT为-80℃。

3.2.4宝钢耐火耐候钢的焊接性能

宝钢耐火耐候钢系列的焊接性能经受了大量工程实践的检验，证明：

 ①宝钢耐火耐候建筑用钢有良好的可焊性，不需要预热就可施工。其焊接性能相当于甚至优于同级别普通建筑用钢。

②工程实践表明，宝钢耐火耐候钢可用于建筑钢结构中的不同接头形式，也无论是手弧焊、气保焊、高频焊、还是埋弧焊，均可获得满意的接头力学性能。

③工程实践表明，在建筑钢结构中，宝钢耐火耐候钢可与Q235B和Q345B进行异种钢焊接，也可获得满意的接头力学性能。

3.2.5宝钢耐火耐候钢的耐火性能

3.2.5.1 系列高温拉伸试验

宝钢B490RNQ的高温性能明显优于同等强度级别的Q345B，600℃时的屈服强度仍保持在310MPa，远远高于2/3室温屈服强度，而Q345B在500℃时屈服强度已低于2/3室温屈服强度。

3.2.5.2 耐火试验

上海市中福工程房屋楼群住宅使用宝山钢铁股份公司生产的耐火耐候钢B490RNQ 5000余吨。根据设计消防要求，使用宝钢建筑用耐火耐候钢B490RNQ制成的2种实体构件各2根在天津国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心进行了耐火试验，试验依据为GB/T9978-1999 建筑构件耐火试验方法。

 试验结果

宝钢生产的建筑用耐火耐候钢B490RNQ具有优良的耐火性能。按国家消防标准要求，高层建筑构件的耐火极限要达到3小时。用普通钢制作的构件达到3小时的耐火极限（1100℃高温下，经过3小时构件变形小于40mm），其防火包覆的厚度至少大于100mm，一般在150mm。而用宝钢耐火耐候钢制作的构件，构件的防火包覆的厚度减少了1/2－2/3以上，经过4小时的1100℃高温没有任何变形，亦即宝钢B490RNQ制成的两种构件Ф350×10和Ф400×10的耐火极限均达到4小时，超过了建筑消防的最高要求。这一结果得到了有关建筑专家的高度评价。