日本JFE公司开发建筑用高强度大直径厚壁钢管

介绍了日本，高层建筑中最常用的支撑构件——高强大直径厚壁钢管的应用，JFE公司生产的建筑用大直径厚壁钢管的研发进展，以及这种钢管在力学性能和焊接性等方面的特殊要求。通过调整钢板的化学成分和制造工艺，降低钢管基体材料的屈强比；同时，应考虑制管前后钢板力学性能的变化，通过调整制管工艺，如制管后的热成型或热处理，减少加工硬化，以保证生产出的钢管具有较低的屈强比和足够的韧性，满足高层建筑的使用要求。

高强度大直径厚壁钢管已成为高层建筑不可缺少的支撑构件。据日本， JFE公司统计，高层建筑最常用的钢管直径为600~800毫米，壁厚为20 ~ 40毫米，UOE法应用广泛。然而，每年都有一些工程设计采用壁厚在40毫米至100毫米之间、直径接近2000毫米的大直径厚壁钢管。为此，日本JFE公司开发了一系列抗拉强度为490~780兆帕、屈服强度为385 ~ 630兆帕的高强度大直径厚壁钢管。工程实践表明，这些大直径厚壁钢管完全能够满足高层建筑的性能要求304不锈钢管。

1建筑结构用钢管的性能要求

1.1机械性能

目前，日本的建筑设计广泛采用弹性设计的理念。其核心思想是通过塑性变形和吸收功来防止部件失效。弹塑性设计主要利用钢的高塑性变形能力。与弹性设计相比，弹塑性设计更经济，因为它可以减少部件的横截面积。这就要求建筑的主要组成部分有一个特定的收益率。另一方面，建筑的设计规范正在从标准设计规范向性能设计规范转变。因此，现代高层建筑的设计不仅是弹性的，而且是弹性的。基于上述两种设计理念，弹塑性设计要求钢管具有低屈强比，而弹性设计要求钢管具有高屈强比。

近年来地震频发，对建筑用钢管的韧性提出了更高的要求。与制管前的钢板相比，钢管的韧性会因塑性变形而降低，最理想的情况是钢管的韧性值应保持在制管前的钢板水平。

1.2焊接性

高强度钢的焊接通常是困难的，因为它涉及更高的预热温度和更严格的层间温度控制。因此，要求钢板应具有较低的焊接预热温度，以使其具有良好的可焊性。JFE的大直径厚壁钢管钢板要求低焊接裂纹敏感系数(Pcm)。

1.3研发目标

JFE提出的大直径、304不锈钢管高强度、厚壁钢管的目标强度分为三个等级，抗拉强度分别为490-550兆帕、570-590兆帕和780兆帕。每种强度等级规定了不同的屈服比；对于抗拉强度为780兆帕的钢管，设计仅限于高屈强比。同时，规定开发的钢板应达到同等级建筑用钢的韧性和Pcm。发展目标的具体值见表1。

2发展理念和流程

2.1钢板机械性能的控制

2.1.1收益率

钢板如图l的屈服强度与屈强比的关系表明，通常厚钢板的屈强比随着强度的增加而增加。一般来说，抗拉强度为570~610兆帕的钢板平均屈服比超过80%，抗拉强度为780兆帕的钢板平均屈服比超过85%。从表1可以看出，在要求高屈强比设计的情况下，传统钢板可以直接使用，但如果钢板

制管过程中的冷弯成型将分别在钢管壁厚的外侧和内侧产生拉伸和压缩塑性应变。应变大小取决于钢板厚度与钢管直径之比(t/D)。由于应变会导致钢管机械性能的恶化，在制管过程中应考虑制管前后钢板机械性能的变化。

为了使钢管具有低的屈强比，有必要进304不锈钢管厂家一步降低钢管基体材料的屈强比的设计目标值，或者通过适当的工艺降低加工硬化，例如加热以形成一致性或者在制管之后进行热处理。有必要优化用于制造厚壁钢管的钢板的化学成分和生产工艺，以提高制造后钢板的韧性。

2.1.3焊接性

JFE公司采用高精度TMCP技术和在线加速冷却(超级OLAC)技术，通过降低碳当量和Pcm值来确保高强度钢的良好焊接性。表2显示了低屈强比钢板、高焊接性590兆帕钢板和低屈强比780兆帕建筑用钢板的Y形坡口焊接裂纹试验结果。可以看出，强度低于590兆帕的钢板可以在不预热的情况下焊接。