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《中國建筑鋼結構工程質(zhì)量狀況調查報告》

作者:建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間:2009-12-22 20:52:35 [收藏]

    重點(diǎn)建筑鋼結構工程鋼材及鋼構件制作質(zhì)量狀況調查
    沈 榮
    (2007年11月)
    一、 關(guān)于重點(diǎn)建筑鋼結構工程國產(chǎn)鋼材的質(zhì)量狀況
    高強度低合金建筑結構用厚鋼板國產(chǎn)化的進(jìn)程,一直是我們關(guān)注的熱點(diǎn),隨著(zhù)我國鋼鐵冶金業(yè)在工藝裝備、控制技術(shù)、科研開(kāi)發(fā)等方面的迅速發(fā)展,使一批重點(diǎn)建筑鋼結構工程如:國家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)、中央電視臺新址主樓、廣州新電視塔、珠江新城西塔、首都機場(chǎng)3號航站樓、北京南站等鋼結構用材的供應實(shí)現了全部國產(chǎn)化。而Q345GJ C(D)/Z35和Q460E/Z35等高強度、高韌性鋼材的研發(fā)和生產(chǎn),標志著(zhù)我國建筑用鋼的品種開(kāi)發(fā)進(jìn)入到一個(gè)新的發(fā)展階段。
    本文重點(diǎn)對Q345GJC(D)/Z35和Q460E/Z35兩種牌號(厚度≥100mm)的鋼板實(shí)物質(zhì)量狀況進(jìn)行了調查。
    目前建筑鋼結構的設計選材至今尚未有一個(gè)比較具體的準則或指南,這不僅關(guān)系到結構的安全和壽命而且與鋼材的用量及工程造價(jià)有關(guān),準確合理選材至關(guān)重要。本文對設計選材中還應注重的幾個(gè)問(wèn)題提出了建議意見(jiàn),供有關(guān)部門(mén)進(jìn)一步商榷。
    鋼材通過(guò)加工制作生產(chǎn)出符合設計要求的鋼構件,為促進(jìn)制作工藝編制的更加合理、準確和完善,進(jìn)一步提高鋼構件的制作質(zhì)量,本文提出了加強設計→鋼廠(chǎng)→制作廠(chǎng)三者之間應建立的有效工作聯(lián)絡(luò )機制,以更好地促進(jìn)我國建筑鋼結構產(chǎn)業(yè)健康持續發(fā)展。




    通過(guò)對Q35GJC(D)/Z35(t=100)21爐鋼板的出廠(chǎng)報告所列的數據分析意見(jiàn)如下:
    ① 鋼的化學(xué)成分符合GB/T19879-2005(以下簡(jiǎn)稱(chēng)標準),且每爐鋼水的定碳命中率較高,波動(dòng)幅度窄僅為±0.01%,碳含量控制在0.14-0.15%之間,低于標準值。
    ② S含量控制在0.002%~0.003之間,P含量控制在0.007-0.013之間均低于“標準值”鋼水的潔凈度高。
    ③ 碳當量控制在0.39%-0.42%之間,低于標準值,有利于改善鋼材的焊接性。
    ④ 屈強比控制在0.60-0.70之間,低于標準的要求,鋼材的塑性?xún)溆喽容^大,有利于結構抗震需要,但應注意過(guò)低的屈強比,對有效發(fā)揮鋼材潛能不利,造成用鋼量增加,影響結構設計的經(jīng)濟性。
    ⑤ 鋼材的延伸率為24%~33%,高于標準值的要求,鋼材的斷面收縮率(Z向性能)試驗平均值在61.2%~68%之間高于Z35的要求。說(shuō)明鋼材的塑性性能較好。
    ⑥ 0℃沖擊功試驗平均值在167.3~206.7(J)之間大大高于標準值。鋼材的韌性較好,有利于提高結構抗低溫脆斷的能力。
    縱上所述:Q35GJC/Z35牌號鋼材的生產(chǎn),采取了降C、降Mn、加微合金化的成分設計路線(xiàn),通過(guò)加入適量的細晶粒元素(Ni、V、Ti等)及采取控冷控軋工藝制度,滿(mǎn)足了高強度、塑韌性好、低碳當量、焊接性好及減輕板厚效應的設計要求。
    2)Q460E/Z35實(shí)物質(zhì)量數據(t=100mm)






    品質(zhì)分析:
    1、關(guān)于Q460E牌號鋼(t=100mm)的成分設計。不同鋼廠(chǎng)其設計思路是有差異的,這是一個(gè)值得深入研討的課題,對鋼板的性能、鋼材的生產(chǎn)成本起著(zhù)決定性的作用,下表列舉了三個(gè)不同鋼廠(chǎng)的成分設計供研究。

    3、由于鋼廠(chǎng)實(shí)行了:精料、精練、精軋、精整的生產(chǎn)方針,并執行嚴于國際標準的企業(yè)內控質(zhì)量標準,因此為國家體育場(chǎng)等重點(diǎn)工程供應的Q460E/Z35鋼板(t=100mm)的質(zhì)量符合GBT1591-94的規定并滿(mǎn)足設計的要求。
    4、為保證足夠的軋制比采用了大單重的扁錠軋制,為消除或減輕鑄態(tài)組織易產(chǎn)生的偏析、疏松、氣孔、夾雜等缺陷,鋼廠(chǎng)開(kāi)發(fā)了無(wú)缺陷澆鑄工藝,使鋼錠質(zhì)量大為提高,保證了鋼板的品質(zhì)。
    5、Q460E/Z35鋼板的生產(chǎn)依然采用了微合金化設計及空冷空軋工藝,通過(guò)細晶及析出強化,使鋼板獲得了最佳的綜合性能。
    4)有關(guān)工作的建議
    (1)有關(guān)選材中應注意的幾個(gè)問(wèn)題
    通常鋼結構的設計選材主要依據以下幾個(gè)原則
    ①結構的重要性類(lèi)別
    ②結構服役期內的荷載特征及應力水平
    ③結構及構件所處的工作溫度及環(huán)境特征
    ④構件連接方法及節點(diǎn)拘束度大?。磻谐潭龋?br /> ⑤鋼板厚度的影響
    迄今尚未有一套可以全面具體知道設計選材的“指南”或“準則”。為更好地保證結構安全可靠又盡可能做到經(jīng)濟耐用,最大限度地發(fā)揮鋼材地能力,下列幾個(gè)方面在選材時(shí)應重視并認真考慮。
     過(guò)分追求鋼材的強度指標,以達到減輕結構的質(zhì)量(重量),減少用鋼量的觀(guān)點(diǎn)并不充分。
    從斷裂力學(xué)觀(guān)點(diǎn)出發(fā),鋼材實(shí)際上是不連續,不均質(zhì),各相也不同性的,內部總是存在夾雜,分層、點(diǎn)孔狀缺陷或微裂紋,即存在發(fā)生疲勞斷裂的隱患,強度越高的鋼材往往韌性越差,所以認為首先要考慮選擇韌性好,裂紋擴展速率低的鋼材。
     只有在接近實(shí)際使用條件下,對鋼材進(jìn)行試驗所獲得的數據才比較真實(shí)可靠,作為選材的依據。同時(shí),一定要注意樣本的數量和取樣的代表性。
    鋼材的性能都是通過(guò)各種試驗得出的,由于實(shí)驗室條件與實(shí)際使用環(huán)境有很大的差異,鋼材的性能因環(huán)境而有差異。所以只有在接近環(huán)境下試驗所得的數據,才比較真實(shí)客觀(guān)。
     鋼材的密度,對鋼材的綜合性能十分關(guān)鍵。
    鋼材的密度決定了鋼材的綜合品質(zhì),因此,一定要保證足夠的軋制力和一定的壓縮比(軋制比),以生產(chǎn)出質(zhì)量致密的鋼材。在同等條件下要選擇軋制力大的軋機。
     要重視鋼材的綜合性能,不要追求某個(gè)單項指標,既要注意宏觀(guān)的力學(xué)指標,又要關(guān)注鋼材內部的金相組織結構和晶粒度、夾雜物等微觀(guān)情況。
     應力集中現象是產(chǎn)生鋼結構破壞的最主要原因之一,鋼材選定后一定要采取合理的結構設計,盡量避免過(guò)大的應力集中。
    (2)關(guān)于建筑用鋼的質(zhì)量定位是獲得鋼材最佳性?xún)r(jià)比的關(guān)鍵
    鋼的雜質(zhì)含量越少潔凈度就越高,鋼材的品質(zhì)越好,生產(chǎn)周期越強,但生產(chǎn)成本越高,價(jià)格也越貴。不同用途的鋼材性能要求有差別對潔凈度的要求有差別如:
    橋梁鋼要求有良好的抗低周疲勞性能及低的應變時(shí)效傾向;
    船體鋼要求有良好的抗低溫裂紋擴展的能力;
    管線(xiàn)鋼要求有抗斷裂及抗氫銹發(fā)裂紋(HIC)的性能;
    汽車(chē)大梁鋼要求有良好的沖壓性能和承受沖擊荷載的能力;
    高層建筑用鋼要求有抗層狀撕裂及低的屈強比;
    根據這些不同的要求,在成分設計、工藝流程、金相組織和潔凈度:即,∑(S,P,H,O,N)夾雜物的總含量應有不同。確定建筑用鋼的潔凈度控制水平,對縮短冶煉周期、增加產(chǎn)量及成材率、降低生產(chǎn)成本十分重要。
    (3)關(guān)于“鋼廠(chǎng)”為設計及制作廠(chǎng)提供更多技術(shù)幫助和指導的意見(jiàn)。
    ①為使結構設計工作者對鋼材品質(zhì)有更加全面、深刻的了解,應加強結構設計人員與材料研究生產(chǎn)人員兩者之間更加緊密的交流與磋商,建立必要的工作聯(lián)絡(luò )制度這是保證合理選材的重要途徑。
    ②結構設計者在選材時(shí),往往對成分設計、質(zhì)量等級、交貨狀態(tài)及一些由雙方協(xié)議確定的條款,往往缺乏全面認識,需要材料工作者給予指導和幫助。
    ③為使制作廠(chǎng)更好地掌握鋼材的性能,準確地編制制作工藝并減少不必要的重復性工作,鋼廠(chǎng)在一定批量及使用新牌號鋼材時(shí)應盡可能地為制作廠(chǎng)提供下列數據或資料:
    金相組織;非金屬夾雜物的類(lèi)別及含量;晶粒度;SHCCT曲線(xiàn)系列沖擊試驗,落錘試驗、斜Y試驗、CTOD試驗的數據。
    ④應建立設計、鋼廠(chǎng)、制作廠(chǎng)三者之間的有效工作聯(lián)絡(luò )機制
    ⑤關(guān)于“鋼材”復驗工作的改進(jìn)意見(jiàn)
    根據目前許多工程都要求制作廠(chǎng)進(jìn)行鋼材復驗的情況,提出以下意見(jiàn),請商榷。
     鋼材出廠(chǎng)檢驗時(shí),只有當檢驗項目中出現不合格項時(shí)才需進(jìn)行擴大取樣比例的復驗,鋼廠(chǎng)所供應得鋼材應完全是合格產(chǎn)品,所提供的質(zhì)量證明書(shū)中的數據應準確符合所供鋼材的實(shí)際品質(zhì)狀況,保證每項指標都是合格的。應該強調:鋼廠(chǎng)應對其所供應的鋼材質(zhì)量及質(zhì)量證明書(shū)中的數據負責。制作廠(chǎng)只需審核質(zhì)量證明書(shū)中的數據是否準確并符合要求,只在必要時(shí)才做少量的抽樣復查,不應把復驗的工作完全推到制作廠(chǎng)身上。
     由于現代化的鋼鐵生產(chǎn)工藝裝備、控制水平及嚴格的質(zhì)量保證管理體系,鋼材的質(zhì)量應是穩定的,因此即使制作廠(chǎng)需進(jìn)行抽查,也應對抽查的數量和批次有科學(xué)的規定,以避免不必要的資源浪費。
     目前所進(jìn)行的復驗工作中往往由于試件加工的精度、試驗設備的性能、操作人員的水平及加載過(guò)程的差異而出現與鋼廠(chǎng)質(zhì)保書(shū)中的數據不一致時(shí),其達成共識的過(guò)程冗長(cháng)而復雜,不利于工程進(jìn)度。

    上述企業(yè)的主要特點(diǎn)是:
    ①資質(zhì)等級高都具有“鋼結構工程專(zhuān)業(yè)承包壹級資質(zhì)”
    具有“輕鋼房屋鋼結構專(zhuān)項工程設計甲級資質(zhì)”
    具有“鋼結構制造企業(yè)特級資質(zhì)”
    具有“中國實(shí)驗室國家認可委員會(huì )認可證書(shū)”??CNAL證或地方政府認可的試驗室檢測資質(zhì)。
    具有“中華人民共和國計量認證合格證書(shū)”??CMA證書(shū)
    ②規模大、產(chǎn)量高、設備齊全、性能好
    ③都擁有完善的理化試驗室、焊接工藝試驗室及無(wú)損檢測中心。
    ④擁有一批優(yōu)秀的技術(shù)管理人員,特別是擁有一個(gè)企業(yè)設計院或設計中心,進(jìn)行結構分析和詳圖設計。
    ⑤都有焊工考試委員會(huì ),負責焊工培訓、考試、資格管理工作。
    ⑥都擁有一套全整的質(zhì)量管理體系。
    ⑦都已經(jīng)具備了海外鋼結構工程市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)能力,并承接了多個(gè)大型工程,信譽(yù)甚好。
    綜上所述,上述這些制作企業(yè)都是我國建筑鋼結構業(yè)的大型骨干企業(yè),是我們持續發(fā)展建筑鋼結構行業(yè)的基本力量和生力軍。



    3、制作質(zhì)量的保證措施及初步評定:
    由于一些工程正在進(jìn)行,而且工程及構件質(zhì)量的評定需由一個(gè)專(zhuān)門(mén)委員會(huì )來(lái)進(jìn)行,我們僅根據已掌握的數據、資料,加上自身的經(jīng)驗加以初步評定:
    1)、上述重點(diǎn)工程,事前都單獨制訂了適宜本工程特點(diǎn)《鋼結構工程施工質(zhì)量驗收規范》,與國家的鋼結構構件方面質(zhì)量評定標準體系。
    2)、上述各項工程都在事前開(kāi)展了大量的設計試驗或施工試驗,通過(guò)這些試驗(構件驗證和節點(diǎn)驗證),驗證設計、完善制作工藝,以確保萬(wàn)無(wú)一失。
    3)、對鋼材的質(zhì)量,除嚴格選擇鋼廠(chǎng)外,還強調了選材技術(shù)協(xié)議條款的制定與供應廠(chǎng)商簽訂嚴格的質(zhì)量保證協(xié)議。并在制作前進(jìn)行了大批次的鋼材復驗工作。
    4)、對首次采用國家Q460E牌號鋼的焊接性進(jìn)行了完整、系統的試驗,進(jìn)行冷裂紋敏感性試驗:如:斜y焊接裂紋試驗,熱影響最高硬度試驗,拆銷(xiāo)試驗,自然裂紋敏感性試驗。其結果 指導,制作工廠(chǎng)的“焊接工藝規程”及“焊接制作指導書(shū)”的編制。
    5)、針對有些結構部位,采用鑄鋼節點(diǎn)的具體情況還進(jìn)行異種鋼材的焊接性試驗。
    6)、由于上述工程中大量采用厚板或特厚板,因此專(zhuān)門(mén)針對厚板焊接工藝進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā),特別是注重厚板連接節點(diǎn)處抗層狀撕裂性能的改善與提高。
    7)、為了比較真實(shí)地符合工地、施工環(huán)境,還特地模擬實(shí)際環(huán)境下的氣溫,同速下進(jìn)行焊接試驗。
    8)、對構件的焊接收縮量,焊接復形進(jìn)行仿真模擬,估算其數值并通過(guò)焊接試驗加以評論,制定正確的焊接順序。設計合理的焊接層次及焊接道次布置。
    9)、開(kāi)展了焊材、焊劑的質(zhì)量調研,嚴格地選用焊材、焊劑,并對焊材的成分,焊劑的堿度等提出了要求。
    10)、提高了電渣焊縫的沖擊韌性值。
    11)、對焊后消氣條殘余 ,措施得當,成效顯著(zhù)。
    12)、編制完整的“制作要領(lǐng)書(shū)”,全面指導鋼構件制作。
    13)、事前對焊工進(jìn)行了培訓,并進(jìn)行附加技能的考試。
    14)、設計了多種實(shí)工裝、器具,以保證構件裝配精度和勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高。
    15)、建立了一套嚴格的質(zhì)量三檢制度(自檢、互檢、來(lái)檢),建立了一套嚴細的工序質(zhì)量備驗制度,對不合要求的零部件必須通達修理合格,才能進(jìn)入下道工序。
    通過(guò)以上這些措施,(材料、工藝、裝備、人員、檢測……)保證了制作質(zhì)量。

    注:本次調查工作得到了江蘇滬寧鋼機股份有限公司、上海冠達爾鋼結構有限公司、浙江精工鋼結構股份有限公司、上海中遠川崎鋼結構有限公司的支持和幫助,在此謹向他們表示感謝!

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