Transcript 結構用鋼的發展現況與未來展望 黃慶淵 1.鋼板生產製程簡介 2.結構用鋼板的基本性質要求 3.結構用鋼的發展現況 4.結構用鋼的未來展望 1.鋼板生產製程簡介 鋼鐵與其他材料之比較 產品性質 鋼鐵 強度(MPa)/比重 450/7.8 成形性 伸長率塑性應變比值 2.0 加工硬化指數 0.22 艾力生值(mm) 11.0 應用特性* 耐衝擊性耐火性輕量化耐久性•1(差)←→5(佳) 回收率(%) 鋁 塑膠 350/2.7 250/1.8 0.8 0.3 9.5 - 45 24 相對於鋁、塑膠等新興材料，鋼鐵材料除了比重較重 外，其他性能均較優異。 鋼鐵材料性質的追求目標 水準 理論最高值 目 前 實用最高值 開發中 產品目標值 降伏強度 34000MPa 4000MPa 5000MPa r value {110} rm=5.1 2.5 3.0 n value 0.25 0.30 1.9(GOES) 2.0(GOES) 1.76(NOES) 1.8(NOES) 2.2x105 MPa 2.4x105 MPa 性質 磁通密度 2.15 Tesla 楊氏系數 E111=2.73x105 MPa ※實用產品性質與理論值之間仍具極大的差距。 鋼板的製造流程 煉鐵 煉鋼 熱軋延 鋼鐵的生產流程 高爐煉鐵 將鐵礦還原成鐵水 (C>4% 雜質多質脆) 轉爐煉鋼 去除鐵水中雜質並調整成分 鋼胚連鑄 將鋼液澆鑄成鋼胚 軋延成形 將鋼胚加工成各種形狀 成 品 鋼板產品之應用 Taipei 101 tower (508m) 高強度鋼板 高強度鋼板的產製- TMCP製程 (Thermo-Mechanical Control Processing) 組織結構 沃斯田鐵 再結晶區 沃斯田鐵 非再結晶區 沃斯田鐵+肥粒鐵 肥粒鐵+波來鐵 (+變韌鐵) 溫 傳統製程 度 TMCP製程 鋼胚再 熱溫度 正常化溫度 Ar3 Ar1 一般 軋延 正常化 溫度 •

結構用鋼的發展現況與未來展望
黃慶淵
1.鋼板生產製程簡介
2.結構用鋼板的基本性質要求
3.結構用鋼的發展現況
4.結構用鋼的未來展望
1.鋼板生產製程簡介
鋼鐵與其他材料之比較
產品性質
鋼鐵
強度(MPa)/比重 450/7.8
成形性
伸長率
45
塑性應變比值
2.0
加工硬化指數
0.22
艾力生值(mm)
11.0
應用特性*
耐衝擊性
5
耐火性
5
輕量化
2
耐久性
5
•1(差)←→5(佳)
回收率(%)
95
鋁
塑膠
350/2.7
250/1.8
30
0.8
0.3
9.5
-
4
4
5
5
2
2
4
4
90
0
相對於鋁、塑膠等新興材料，鋼鐵材料除了比重較重
外，其他性能均較優異。
鋼鐵材料性質的追求目標
水準
理論最高值
目
前
實用最高值
開發中
產品目標值
降伏強度
34000MPa
4000MPa
5000MPa
r value
{110}<001>rm=5.1
2.5
3.0
n value
1
0.25
0.30
1.9(GOES)
2.0(GOES)
1.76(NOES)
1.8(NOES)
2.2x105 MPa
2.4x105 MPa
性質
磁通密度 <100> 2.15 Tesla
楊氏系數 E111=2.73x105 MPa
※實用產品性質與理論值之間仍具極大的差距。
鋼板的製造流程
煉鐵
煉鋼
熱軋延
鋼鐵的生產流程
高爐煉鐵
將鐵礦還原成鐵水
(C>4% 雜質多質脆)
轉爐煉鋼
去除鐵水中雜質並調整成分
鋼胚連鑄
將鋼液澆鑄成鋼胚
軋延成形 將鋼胚加工成各種形狀
成 品
鋼板產品之應用
Taipei 101 tower (508m)
高強度鋼板
高強度鋼板的產製- TMCP製程
(Thermo-Mechanical Control Processing)
組織結構
沃斯田鐵
再結晶區
沃斯田鐵
非再結晶區
沃斯田鐵+肥粒鐵
肥粒鐵+波來鐵
(+變韌鐵)
溫
傳統製程
度
TMCP製程
鋼胚再
熱溫度
正常化溫度
Ar3
Ar1
一般
軋延
正常化
溫度
• 晶粒細化
控制
軋延
加速
冷卻
• 晶粒細化 +
變態強化
TMCP製程
再結晶區
非再結晶區
ACC
一般軋延
不同製程條件下，TS 與 Ceq之相互關係
700
TS, MPa
600
Accelerated
cooling
500
control rolling
Normal rolling
400
0.20
0.30
0.40
0.50
Ceq, %
TMCP在相同的成份可增加強度與低溫韌性
TMCP降低碳含量與合金添加量，可提高銲接性
(降低預熱溫度)。
2.結構用鋼板的基本性質要求
結構用鋼之性質要求---強度、韌性與銲接性
強度--所謂強度是指鋼材單位面積所能承載的外力，此性
質通常以拉伸試驗來加以量測。對結構用鋼而言，經由拉
伸試驗可得到三個鋼材的基本性質:降伏強度(Yield
Strength)、抗拉強度(Tensile Strength)與伸長率
(Elongation)。一般結構用鋼常以強度等級來加以區分命
名，ASTM規範中通常以降伏強度作為命名之依據，而JIS則
常以抗拉強度作為依據
韌性--所謂韌性是指鋼材破裂時單位面積所能吸收的
能量，此性質通常以衝擊試驗來加以量測。結構用鋼
材在衝擊試驗方面之規定亦有所不同，通常美國之
ASTM規範皆不列入必做之材料試驗項目，必須由買方
自行提出請求；而JIS、BS、DIN等規範，則對韌性要
求殷切之鋼種直接規定需衝擊試驗保證，此為二者最
大之不同，選定規格時宜多加注意。
對於銲接性質要求，美國與日本有部分的差異
•美國地區因習用熱軋型鋼，其鋼材的銲接性
僅以滿足工地施工之低入熱量銲接為主，因此
鋼材規範相對較鬆，但會要求較嚴格的細部設
計與銲接施工規定
•日本則為能採行較高效率的銲接施工，而使
用較嚴格之鋼材規範。
•國內因所使用構材以組合型鋼（以鋼板切割
銲接）為主，其銲接製作等則主要參考日本
•如果設計時使用美規鋼板而細部要求
採習用的日本寬鬆施工習慣，則會得到
不安全的組合結果，因此於鋼結構的銲
接程序製定時，必須特別注意鋼板的銲
接性質。
鋼結構的優點
跨距大
施工期短
品質均一穩定
修補容易
鋼結構
回收容易
結構自由度大
景觀調合
相對質量輕
我國鋼結構產值變化(1995-2006)
600
502
億
元 500
388
365
400
300
200
100
0
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006f
資料來源：工業生產統計月報/金屬中心ITIS計畫整理
台灣在鋼結構設計、材料、施工技術、法
規等層面的技術發展仍有很大的努力空間。
3.結構用鋼的發展現況
新一代結構用鋼的性質需求
基於安全性、經濟性、造型美觀
及空間利用等方面的考量，建築
業及鋼構廠對於新一代的結構用
鋼，產生了多樣化的性質需求。
新一代結構用鋼的性質需求
1.增加空間利用效率建築高層化
─ 高強度鋼，超厚板
2.提高鋼結構施工效率
─ 高效率銲接TMCP鋼板
3.耐震安全上的考量
─ 低降伏比，狹降伏強度變異範
圍，極低降伏強度的制震鋼板
新一代結構用鋼的性質需求
4.節省鋼結構耐火被覆的成本
─ 耐火鋼
5.簡化鋼結構的防蝕塗裝
─ 耐蝕結構用鋼
6.便利結構設計及節省用料
─ 所有厚度範圍的產品均能保證
定值的強度