一等奖(5)| 中国钢结构协会2025年度科学技术进步奖成果展示
2025-11-2026
高性能结构钢是现代基建的“骨骼”,高质量基建对钢材提出了高强减量化、安全耐久化和绿色功能化的新需求。我国建筑桥梁结构钢长期处于跟跑地位,强度等级和厚度规格得到显著提升,但抗震、耐火、耐候、耐低温等功能化特性不足的问题日益突出。为此,在国家973、重点研发及工业强基计划支持下,项目历经十七年攻关,建立了功能化高性能结构钢成分设计与组织调控方法,开发了系列钢种及配套应用技术,实现了建筑桥梁结构钢升级换代、工程应用与产业化。
发明了低成本Ti/S微合金化极低屈服强度(100MPa级)结构耗能抗震钢板性能调控技术,解决了-20℃低温韧性难题,最大厚度90mm;发明了“细晶铁素体+片层珠光体+少量贝氏体”多相组织调控及“多阶段、大形变、非均温”高渗透轧制技术,攻克了460MPa级特厚抗震钢板低屈强比、高延性、屈服平台协同难题,最大厚度120mm。
图1 极低屈服强度钢性能与组织调控
发明了低Mo(≤0.30%)耐火耐候功能复合化成分体系,开发了“NbC核心-Mo/V协同”遇火动态析出强化的耐火性能调控技术,研发了火、耐候、抗震功能的460MPa级高性能结构钢,较国内外相近强度级别传统耐火钢节钼50%以上。
图2 高强度抗震结构钢屈服平台调控
发明了690MPa级抗震耐火耐候钢软硬交替微米级贝氏体/马氏体复相组织及多阶段纳米析出相调控技术,研发了“奥氏体扁平化轧制+直接淬火+窄窗口临界区淬/回火”一体化精准生产工艺,实现了低屈强比(≤0.83)、高延性(≥18%)、高耐火性能(600℃保持3h后屈服强度≥460MPa)和高耐候性能(沿海大气环境(渤海曹妃甸)年均腐蚀速率≤0.010mm/a)。
图3 高强度抗震耐火耐候钢力学性能与遇火动态析出强化机制
开发了高性能耐火耐候钢配套螺栓与焊接材料及连接匹配方法,建立了耐火耐候钢结构在火灾、地震、腐蚀作用下的抗灾能力评价方法,实现了从新材料到高性能钢结构设计技术的全链条自主创新。
图4 高强度抗震耐火耐候钢配套螺栓高温性能退化模型及匹配试验
项目获授权国家发明专利50件,发表论文58篇,制定国家标准6部、行业标准1部,应用于北京大兴机场、冬奥会滑雪大跳台、雄安高铁站、金沙江大桥、克罗地亚佩列沙茨跨海大桥等国内外63个大跨度/高层重点工程,为我国高端基建工程建设及“一带一路”倡议提供了有力支撑。
图5 高强度抗震耐火耐候钢及配套焊材、螺栓减涂装示范应用工程
图6 高强度抗震耐火耐候钢及配套焊材、螺栓免涂装示范应用工程
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