论低合金_高强度结构钢的开发和利用

科技创新2014NO.428CHINASTEEL摘　要：低合金、高强度结构钢是支撑我国经济社会发展的主流材料之一，它的广泛应用是人类环境、资源及社会可持续发展的重要选择，对提高我国综合创新实力、增强国防能力、加快向钢铁强国转变将起着不可替代的积极作用。低合金高强度结构钢板的合理开发和利用，促进了社会经济的自然和谐发展，更利于发挥我国品牌建设和品牌效益。关键词：结构钢国民经济发展主流1.低合金、高强钢度结构钢是经济社会发展的主流材料低合金、高强度钢结构钢的生产工艺以及材料所具有的水平，是一个国家钢铁材料水平的重要标志，在一定程度上显示了国家综合竞争实力的高低。随着改革开放和国民的经济高速发展，我国低合金高强度结构钢得到发展迅猛，据统计，2013年我国低合金高强钢结构钢应用已经超过2530万吨，较好地满足了国家经济发展的需要。低合金钢泛指合金含量不超过3%，比普碳钢具有更好的综合性能的钢类，有着广泛的市场前景和发展潜力。国外的低合金钢实际上是低合金高强度钢，美国称高强度低合金钢（HSLA），可应用于国家能源开发、基础设施建设、机械制造等，也适用于较重要的钢结构，如工程机械、海洋结构、煤机、桥梁、建筑结构、军用机械装备等。见表1。为适应钢结构、机械、汽车、煤机、海工、水电等轻量化和安全性的要求，低合金高强钢可以在节约材料的同时节约能源，有利于全社会绿色环保。目前，我国能源建设迎来了发展高涨期，煤炭行论低合金、高强度结构钢的开发和利用崔美棠业的技术进步和结构调整，将对煤炭用钢提出新要求。一是为提高煤矿巷道安全性，对高强度、高韧性、有一定抗冲击性的钢材需求大幅度增加。二是由于近年来我国综合机械化采煤发展迅速，液压支架产量呈爆发性上升态势，由于大量使用了抗拉强度在70kg和80kg，甚至100kg级别的钢板，因此高强度、高性能的中厚板占据了煤炭行业用钢主导地位，需求也大幅增加。在国家重点工程设计中，规定必须应用低合金高强度钢板和高层建筑结构钢板。如海洋平台结构、奥运场馆、中央电视台新址结构、上海世博会，水坝电站、高层建筑等。大型高层钢结构建筑受力复杂，要求安全可靠，能够抵抗突发灾害（如水、火、地震、风暴等）。因此，除了有足够的屈服强度和抗拉强度外，还要求具有低的屈强比、良好的冷变形能力和高的塑性变形功，以防止在局部超载失稳的情况下发生瞬间的断裂。为提高客车的安全性，行业将进一步促进低合金高强钢板材的应用。将使用强度级别为590MPa-780MPa的高强钢为货、客车制造的大梁板和车轮用板，客车车身骨架也将大量使用610兆帕级别的高强板。另外，低合金高强度结构钢在节省空间和材料方面扮演着重要的角色：世界第三高度、420米的上海金茂大厦总体用钢1.4万吨，中心钢柱板材用Q460C/SM570；奥运主体育会场鸟巢结构用钢量超过8万吨，大多用Q460C高强钢；中央电视台新址结构12.4万吨,用Q420B/Q460C以及三峡大坝十几个800余吨重的闸门、海上油气田开采平台结构用钢等。这些工程结构使用的钢板全部来自国内主力中厚板生产表1　　　　　　　2015年我国相关行业用材规划　　　　　　　　万吨行业钢结构机械制造汽车制造工程机械煤炭行业钢材需求量4700-560086002800-31002680科技创新2014NO.429CHINASTEEL企业，如济钢等自主研发的低合金高强度结构钢板，不但节省了外汇，而且提升了我国高强钢自主创新的品牌。总之，随着冶金工艺技术的提高，国产钢材的市场占有率有明显提高，高附加值专用钢材品种产量显著增长，中厚钢板进口量不断减少，标志着我国自主研发板材质量、品种和重要关键材料制造、质量都达到国际先进水平，有力地支援了国家经济建设，为民族品牌建设创造了良好的基础技术条件。2.大力发展低合金高强度结构钢，推动钢铁大国向钢铁强国转变2013年我国钢产量已突破7.8亿吨，占全世界钢产量的三分之一，钢材数量不再是需求的主要矛盾，钢材品种结构不合理成为矛盾的焦点。行业的主要任务是努力提高产品的市场竞争力，把大力拓展低合金钢品种列入国家发展战略。上世纪90年代初，发达国家低合金高强度钢产量占其总钢产量的15％以上，我国仅占整个钢板材产量的5.8％，且强度级别低、钢的成分波动大、钢中杂质多、力学性能不稳定，在国际竞争中处于劣势，导致我国每年大量进口低合金高强度钢板材。经过20余年的发展，不少普碳钢企业意识到低合金钢生产是提高产品技术含量和附加值的关键，企业有了长足的发展，在技术、数量、质量上有了很大提高，竞争力显著增强。当前，我国工业化快速发展，矿山开采、能源资源开发、交通建设、水利建设、工业基础设施改造、公共基础设施建设、西气东输、西电东输、南水北调建设等，都需要大量工程建设机械设备，因此带动了大量低合金高强度工程机械的设计应用。高强度结构钢以其强度高、自重轻、施工周期短、抗震性能好的特点，既节约了资源，减重节能，又提高结构和设备的性能，延长机器设备使用寿命，受到了广泛欢迎。为适应我国装备制造业的升级和增强国际竞争力的需要，按市场需求开发的低合金高强钢，由于其技术含量高，产品附加值高，形成市场优势，有利于企业产品结构优化，创造丰厚的利润。钢铁企业发展低合金高强度结构钢，有利于建设精品，在企业产品结构调整和品牌战略推进过程发挥出积极作用。发展低成本、高性能的低合金高强度结构钢，以取代传统低强度材料，是提高产品竞争力的必由之路，也是钢铁大国向钢铁强国转变的重要步骤和有效措施，符合产业升级政策和国家长远战略发展规划。3.发展低合金高强度结构钢，促进环境社会可持续和谐发展新世纪是知识经济时代，但支撑人类社会物资文明仍是一些最基础的材料。由于钢铁材料具备性价比高、可循环使用、容易大规模加工制造等优点，可以说，钢铁材料依然是社会和工业的主流材料。发展低合金高强度结构钢是各国在工业化过程中提高综合竞争实力的必然选择。低合金高强度钢是国家工业化进程不可或缺和不可替代的钢材品种，可以促进结构轻量化，节约社会资源能源节省，较之传统高能耗高成本普通碳素钢材料具有绿色环保意义。由于工业高速发展，人类对资源的使用需求迅速增加，人们发现在未来50年到100年内，人类赖以生存的大多数资源和能源将会枯竭。面对这样的残酷现实，我们不得不认真考虑可持续发展的问题，寻求新的发展战略。在钢铁工业领域，为满足未来可持续发展的需要，开发和使用低能耗、低资源占用、低污染、长寿命、高综合性能的钢材成为十分必要的途径。低合金高强度结构钢板可挖掘性能潜力非常之大，低合金加入合金少，可以反复回收，钢结构方兴未艾，建设、使用、拆除回用，作为中厚板材的重要产品之一将承担起这一历史发展重任。低合金高强度结构钢板除了满足社会经济发展需要外，还能够满足环境友好的需要。通过冶金工艺优化大大提高钢板的综合力学性能和工艺性能，可将钢材在普碳钢的基础上，强度、韧性和寿命提高一倍，对汽车和工程机械等运动设备，自重减轻30％，能耗降低15％，这样对全社会推广应用意义尤其重大，低合金高强钢度钢板对机械设备轻量化的贡献十分显著，成为高效、长寿和节约型绿色材料。济钢近年适应形势发展，大力推进低合金钢的研发生产，开发出一大批低合金高强钢牌号，主要有Q460C/D、Q550D/E；Q690D/E、Q960D钢等按国标或自主品牌产品，此外还有1E卡特系列（1E1863、1E0170）等产品。产品钢级覆盖590、670、785、1000MPa多个强度级别，钢材韧性适应常温到-20℃气候，甚至-40℃的苛刻要求，焊接和冷加工工艺性能优良。济钢宽厚板厂、中厚板、热处理生产线是我国最先进的中厚板生产线之一，可以生产高纯净度、高技术含量的钢种，极大地满足了市场紧缺需求和国民经济长远发展的需要。总之，低合金高强度结构钢板的合理开发和使用的积极作用不容忽视。济钢作为钢板精品基地必将继续引领我国低合金高强度结构钢发展方向，顺应时代潮流，为钢铁强国的尽早建立作出积极的贡献。（作者单位：济南钢铁集团有限公司）