本發(fā)明涉及民居建筑技術，特別是一種鋼結構民居和鋼結構民居用鋼及熱處理方法，其中鋼結構民居通過采用耐候鋼結構件形成所述民居的建筑結構主體，以及所述耐候鋼結構件、連接材料之間的耐蝕性梯度設置，有利于民居主體結構在建筑全壽命周期內(nèi)免除針對鋼結構件表面的防腐蝕維護和提供安全穩(wěn)定性保障。

背景技術：

鋼結構建筑物在人們的印象中通常是大型建筑，例如摩天大樓、埃菲爾鐵塔、鳥巢等等，與民居建筑業(yè)相距甚遠。本文中的民居，包括常規(guī)住宅樓，也包括沒有共用樓層和共用樓梯的獨立門戶住宅，如農(nóng)村住宅和別墅式建筑。民居建筑受傳統(tǒng)文化、自然環(huán)境的影響較深，一直變化緩慢，甚至長期沒有變化。特別是廣大農(nóng)村地區(qū)的住宅，普遍采用村民自建，村民對新材料的認知極其有限，其住宅的結構形式難以創(chuàng)新，例如，民居結構基本停留在磚混結構或鋼混結構上，有的還是木磚結構或土木結構等。雖然鋼結構建筑在選材、設計、施工、使用、維護、改造、廢棄拆除全壽命周期內(nèi)，與傳統(tǒng)鋼混結構建筑比較，具有優(yōu)勢。但是，鋼結構大型建筑往往需要專業(yè)化的維護管理隊伍，這也阻礙了人們將鋼結構應用于民居建筑的想象力。

鋼結構大型建筑中雖然充分、大量地使用結構鋼材料，但基于鋼材的特性，總是存在表面防腐和耐火問題，而且防腐問題更突出一些。目前，鋼結構防腐步驟包括，表面除銹處理，之后采用有機涂料噴涂/刷涂，即底漆，常用的是環(huán)氧樹脂，或者采用金屬涂鍍，常用的是鍍鋅或鋅鋁復合涂鍍。表面處理通常采用噴砂處理，需要消耗石英砂、鋼砂，電能，不僅需要能源，而且還造成粉塵污染，現(xiàn)場作業(yè)條件惡劣，對人體健康有害。金屬涂鍍，特別是鋼結構整體熱浸鍍鋅，環(huán)境污染嚴重，在多地已經(jīng)禁止取締這種行業(yè)。這更是阻礙了人們將鋼結構應用于民居建筑的想象力。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷或不足，提供一種鋼結構民居和鋼結構民居用鋼及熱處理方法，其中鋼結構民居通過采用耐候鋼結構件形成所述民居的建筑結構主體，以及所述耐候鋼結構件、連接材料之間的耐蝕性梯度設置，有利于民居主體結構在建筑全壽命周期內(nèi)免除針對鋼鐵表面的防腐蝕維護和提供安全穩(wěn)定性保障。

本發(fā)明的技術方案如下：

鋼結構民居，包括房屋立面和屋頂，其特征在于，所述房屋立面的立面結構和所述屋頂?shù)奈蓓斀Y構均為將耐候鋼結構件裝配連接而成的框架結構。

所述裝配連接包括采用螺栓連接副的栓接和采用焊材的焊接，所述螺栓連接副和所述焊材均為耐候鋼制品；所述房屋立面的耐候鋼框架結構包括立柱和橫梁，所述立柱通過地腳螺栓固定于地面的基礎之上；所述立柱包括角立柱和邊立柱，所述橫梁包括屋頂橫梁和各層樓面橫梁。

所述耐候鋼結構件、所述螺栓連接副和所述焊材的耐蝕性指標具有依次升高的梯度設置。

所述耐蝕性指標采用由Legault-Leckie公式計算得出的材料耐大氣腐蝕性指數(shù)值即I值，所述Legault-Leckie公式如下：

I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu×Cu，式中的化學元素符號表示其對應的質量百分數(shù)含量的分子數(shù)，I值越高則耐候鋼的耐蝕性能越好；所述耐候鋼結構件的I值≥6.0，所述螺栓連接副的I值≥6.5，所述焊材的I值≥7.0。

所述耐候鋼結構件使用的耐候鋼材料具有以下性能：屈服強度范圍235～690MPa，屈強比≤0.85，600℃高溫拉伸屈服強度不低于其室溫規(guī)定屈服強度的2/3。

所述耐候鋼的化學成分中包括稀土元素，所述稀土元素為鑭、鈰和/或釔。

所述耐候鋼的晶粒具有M³組織，所述M³組織的微觀組織特征為多相、多尺度和亞穩(wěn)態(tài)結構，所述多相包括鐵素體、板條塊、殘余奧氏體和板條，所述板條塊為馬氏體，所述板條為貝氏體，所述馬氏體和所述貝氏體中均具有合金固溶和析出相，所述析出相析出到所述殘余奧氏體，使得所述馬氏體、所述貝氏體和所述殘余奧氏體均為亞穩(wěn)態(tài)結構，所述多尺度是指所述鐵素體、板條塊、殘余奧氏體和板條均為微米級或亞微米級，所述析出相的顆粒為納米級。

所述M³組織通過耐候鋼熱處理工藝制度獲得，所述耐候鋼熱處理工藝制度包括以下耐候鋼熱處理工藝曲線：將溫度在完全奧氏體化溫度線Ac3上方的耐候鋼冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方的第一保溫時間段得到馬氏體+殘余奧氏體組織，再加溫至鐵素體升溫向奧氏體開始轉變溫度Ac1上方到Ac3下方的某一溫度的第二保溫時間段，再冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方的第三保溫時間段，再加溫至馬氏體相變開始溫度線Ms與Ac1之間上半部位置的第四保溫時間段，再冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方即得M³組織。

鋼結構民居用鋼，其為耐候鋼，其特征在于，所述耐候鋼的耐蝕性指標采用由Legault-Leckie公式計算得出的材料耐大氣腐蝕性指數(shù)值即I值，所述Legault-Leckie公式如下：

I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu×Cu，式中的化學元素符號表示其對應的質量百分數(shù)含量的分子數(shù)，I值越高則耐候鋼的耐蝕性能越好；所述耐候鋼的I值≥6.0，屈服強度范圍235～690MPa，屈強比≤0.85，600℃高溫拉伸屈服強度不低于其室溫規(guī)定屈服強度的2/3；

當所述耐候鋼的屈服強度≥460MPa時，所述耐候鋼的晶粒具有M³組織，所述M³組織的微觀組織特征為多相、多尺度和亞穩(wěn)態(tài)結構，所述多相包括鐵素體、板條塊、殘余奧氏體和板條，所述板條塊為馬氏體，所述板條為貝氏體，所述馬氏體和所述貝氏體中均具有合金固溶和析出相，所述析出相析出到所述殘余奧氏體，使得所述馬氏體、所述貝氏體和所述殘余奧氏體均為亞穩(wěn)態(tài)結構，所述多尺度是指所述鐵素體、板條塊、殘余奧氏體和板條均為微米級或亞微米級，所述析出相的顆粒為納米級。

一種使耐候鋼的晶粒具有M³組織的熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟：將溫度在完全奧氏體化溫度線Ac3上方的耐候鋼冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方的第一保溫時間段得到馬氏體+殘余奧氏體組織，再加溫至鐵素體升溫向奧氏體開始轉變溫度線Ac1上方到Ac3下方的某一溫度的第二保溫時間段，再冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方的第三保溫時間段，再加溫至馬氏體相變開始溫度線Ms與Ac1之間上半部位置的第四保溫時間段，再冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方即得M³組織。

本發(fā)明技術效果如下：本發(fā)明鋼結構民居，采用自身表面耐腐蝕且能耐火的鋼材，鋼結構制造就能免去表面防腐和耐火涂層處理，在使用過程中也可以不再擔心維護困難的問題。由此帶來的好處是省去涂裝工序加快制造進度且節(jié)省了涂料生產(chǎn)、運輸戶使用的成本，省去了建筑使用過程中的維護費用，也避免了涂料從生產(chǎn)到使用產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，鋼材面臨巨大的市場。這樣將給鋼鐵生產(chǎn)和建筑鋼結構制造領域帶來可觀的經(jīng)濟效益，也完全符合現(xiàn)代綠色環(huán)保的要求。因此，本申請?zhí)岢龅拿馔垦b、免維護建筑鋼結構，結合其它新型綠色、環(huán)保建材，推廣符合綠色建筑要求的鋼結構建筑，在經(jīng)濟、環(huán)保和社會等諸多方面都具有重大意義。

本發(fā)明鋼結構民居屬于一種免涂裝、免維護建筑鋼結構，具有如下特點，鋼結構制造完成后，不需要表面除銹和除氧化皮處理，不需要表面防腐處理，建筑全壽命周期(70年)不需要表面腐蝕維護處理。根據(jù)結構設計要求，其鋼材可選屈服強度范圍235～690MPa，屈強比≤0.85；材料耐大氣腐蝕性指數(shù)(由Legault-Leckie公式計算)I值≥6.0，且70年大氣裸露表層腐蝕累計厚度≤0.40mm；并可以在耐蝕性、滿足抗震要求基礎上，增加耐火功能，600℃高溫拉伸屈服強度不低于其室溫規(guī)定屈服強度的2/3。鋼結構制造過程中，采用與母材耐蝕性相當或高于母材的焊接金屬材料；安裝過程中，鋼結構連接，包括焊材和螺栓連接副在內(nèi)，其耐蝕性高于母材。螺栓和焊材的耐大氣腐蝕性指數(shù)分別不小于6.5和7.0。

本發(fā)明鋼結構民居所使用的耐候鋼可以采用獲得M³組織的耐候鋼熱處理工藝制度協(xié)同提高鋼材的強度、韌性和塑性，在直接獲得馬氏體+殘余奧氏體組織后，隨后經(jīng)過多次熱處理，調(diào)整碳原子在各合金相的分配量，各合金相中第二相顆粒析出量和尺寸，在高強度同時，大幅度提高材料的塑性，獲得高強度、高韌性、高塑性的鋼材。

本發(fā)明的鋼結構民居用鋼以及一種使耐候鋼的晶粒具有M³組織的熱處理方法有效保障、優(yōu)化或提升了鋼結構民居的建筑質量水平。

附圖說明

圖1是實施本發(fā)明鋼結構民居的結構示意圖。

圖2是耐候鋼的M³組織結構示意圖。

圖3是獲得M³組織的耐候鋼熱處理工藝制度示意圖。

附圖標記列示如下：1-屋頂結構；2-立面結構；3-角立柱；4-邊立柱；5-樓面橫梁；6-地腳螺栓；20-晶粒；21-碳原子析出方向；22-鐵素體；23-板條塊或板條束；24-合金固溶和析出相及析出方向；25-殘余奧氏體；26-板條；30-耐候鋼熱處理工藝曲線；31-第一保溫時間段；32-第二保溫時間段；33-第三保溫時間段；34-第四保溫時間段；T-溫度(縱軸)；t-時間(橫軸)；Ms-馬氏體相變開始溫度線；Ac1-鐵素體升溫向奧氏體開始轉變溫度線；Ac3-完全奧氏體化溫度線。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖(圖1-圖3)對本發(fā)明進行說明。

圖1是實施本發(fā)明鋼結構民居的結構示意圖。圖2是耐候鋼的M³組織結構示意圖。圖3是獲得M³組織的耐候鋼熱處理工藝制度示意圖。如圖1至圖3所示，鋼結構民居，包括房屋立面和屋頂，所述房屋立面的立面結構2和所述屋頂?shù)奈蓓斀Y構1均為將耐候鋼結構件裝配連接而成的框架結構。所述立柱包括角立柱3和邊立柱4，所述橫梁包括屋頂橫梁和樓面橫梁5。所述裝配連接包括采用螺栓連接副的栓接和采用焊材的焊接，所述螺栓連接副和所述焊材均為耐候鋼制品；所述房屋立面的耐候鋼結構件框架結構包括立柱和橫梁，所述立柱通過地腳螺栓6固定于地面基礎之上。所述耐候鋼結構件、所述螺栓連接副和所述焊材的耐蝕性指標具有依次升高的梯度設置。所述耐蝕性指標采用由Legault-Leckie公式計算得出的材料耐大氣腐蝕性指數(shù)值即I值，所述Legault-Leckie公式如下：

I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu×Cu，式中的化學元素符號表示其對應的質量百分數(shù)含量的分子數(shù)，I值越高則耐候鋼的耐蝕性能越好；所述耐候鋼結構件的I值≥6.0，所述螺栓連接副的I值≥6.5，所述焊材的I值≥7.0。

所述耐候鋼結構件使用的耐候鋼材料具有以下性能：屈服強度范圍235～690MPa，屈強比≤0.85，600℃高溫拉伸屈服強度不低于其室溫規(guī)定屈服強度的2/3。所述耐候鋼的化學成分中包括稀土元素，所述稀土元素為鑭、鈰和/或釔。所述耐候鋼的晶粒20具有M³組織，所述M³組織的微觀組織特征為多相、多尺度和亞穩(wěn)態(tài)結構，所述多相包括鐵素體22(鐵素體還表明了碳原子析出方向21)、板條塊23、殘余奧氏體25和板條26，所述板條塊23為馬氏體，所述板條26為貝氏體，所述馬氏體和所述貝氏體中均具有合金固溶和析出相24，所述析出相析出到所述殘余奧氏體25，使得所述馬氏體、所述貝氏體和所述殘余奧氏體25均為亞穩(wěn)態(tài)結構，所述多尺度是指所述鐵素體22、板條塊23、殘余奧氏體25和板條26均為微米級或亞微米級，所述析出相的顆粒為納米級。所述M³組織通過耐候鋼熱處理工藝制度獲得，所述耐候鋼熱處理工藝制度包括以下耐候鋼熱處理工藝曲線30：將溫度在完全奧氏體化溫度線Ac3上方的耐候鋼冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方的第一保溫時間段31得到馬氏體+殘余奧氏體組織，再加溫至鐵素體升溫向奧氏體開始轉變溫度線Ac1上方到Ac3下方的第二保溫時間段32，再冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方的第三保溫時間段33，再加溫至馬氏體相變開始溫度線Ms與鐵素體升溫向奧氏體開始轉變溫度線Ac1之間上半部位置的第四保溫時間段34，再冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方即得M³組織。

鋼結構民居用鋼，其為耐候鋼，其特征在于，所述耐候鋼的耐蝕性指標采用由Legault-Leckie公式計算得出的材料耐大氣腐蝕性指數(shù)值即I值，所述Legault-Leckie公式如下：

I＝26.01Cu+3.88Ni+1.20Cr+1.49Si+17.28P-7.29Cu×Ni-9.10Ni×P-33.39Cu×Cu，式中的化學元素符號表示其對應的質量百分數(shù)含量的分子數(shù)，I值越高則耐候鋼的耐蝕性能越好；所述耐候鋼的I值≥6.0，屈服強度范圍235～690MPa，屈強比≤0.85，600℃高溫拉伸屈服強度不低于其室溫規(guī)定屈服強度的2/3；

當所述耐候鋼的屈服強度≥460MPa時，所述耐候鋼的晶粒具有M³組織，所述M³組織的微觀組織特征為多相、多尺度和亞穩(wěn)態(tài)結構，所述多相包括鐵素體、板條塊、殘余奧氏體和板條，所述板條塊為馬氏體，所述板條為貝氏體，所述馬氏體和所述貝氏體中均具有合金固溶和析出相，所述析出相析出到所述殘余奧氏體，使得所述馬氏體、所述貝氏體和所述殘余奧氏體均為亞穩(wěn)態(tài)結構，所述多尺度是指所述鐵素體、板條塊、殘余奧氏體和板條均為微米級或亞微米級，所述析出相的顆粒為納米級。

一種使耐候鋼的晶粒具有M³組織的熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟：將溫度在完全奧氏體化溫度線Ac3上方的耐候鋼冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方的第一保溫時間段得到馬氏體+殘余奧氏體組織，再加溫至鐵素體升溫向奧氏體開始轉變溫度線Ac1上方到Ac3下方的某一溫度的第二保溫時間段，再冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方的第三保溫時間段，再加溫至馬氏體相變開始溫度線Ms與Ac1之間上半部位置的第四保溫時間段，再冷卻至馬氏體相變開始溫度線Ms下方即得M³組織。

本發(fā)明鋼結構民居具有以下特點：鋼結構主材(例如采用Q390級抗震、耐火、耐候熱軋型鋼)、制造安裝中使用的焊材和鋼結構連接用的螺栓，均為耐候鋼，整個鋼結構不需要涂裝，在使用過程中也不需要防腐維護；房屋承重為鋼結構框架，鋼材屈強比低而塑性高，且房屋整體重量比鋼筋混凝土結構的輕，抗震性能優(yōu)于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構；與傳統(tǒng)混凝土結構比較，墻體、梁、柱截面小，但強度不低于混凝土結構，室內(nèi)有效使用面積大；現(xiàn)場濕作業(yè)少，僅限于基礎施工、樓板澆注施工；整個工程建造完成以后，內(nèi)部墻體平整，內(nèi)部裝修不需要鏟墻皮、找平等作業(yè)，所有水、電、氣、電話網(wǎng)線管路全部在房屋建造過程中安裝完畢，不要要通常裝修過程中的墻體開槽布線作業(yè)，不對建筑結構產(chǎn)生破壞。這種房屋裝修的內(nèi)容僅僅包括內(nèi)墻貼壁紙、吊頂、鋪地磚、衛(wèi)生間潔具安裝、廚房櫥柜安裝等作業(yè)，避免產(chǎn)生大量由裝修產(chǎn)生的二次建筑垃圾。因此，實施本發(fā)明鋼結構民居體現(xiàn)了安全、經(jīng)濟、實用、綠色、環(huán)保等多方面的優(yōu)點。

在此指明，以上敘述有助于本領域技術人員理解本發(fā)明創(chuàng)造，但并非限制本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍。任何沒有脫離本發(fā)明創(chuàng)造實質內(nèi)容的對以上敘述的等同替換、修飾改進和/或刪繁從簡而進行的實施，均落入本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍。