鸟巢用的是什么钢材？太强了
2008年奥运会主体育场“鸟巢”的结构设计奇特新颖，而此次建造其钢结构的Q460有很多独到之处:这是国内首次将Q460钢用于建筑结构；此次使用的钢板厚度为110 mm，这在以往是绝无仅有的。在国家标准中，Q460的最大厚度仅为100 mm...
那么，Q460是一种什么钢呢？为什么国内的建筑以前没有用过？在各种钢材中，“鸟巢”为什么选择它作为钢结构的材料？它的科研过程怎么样？带着诸多疑问，记者来到为“鸟巢”研发生产Q460的河南舞阳钢铁公司一探究竟。
Q460是什么？
舞阳钢铁公司位于河南省舞钢市，前临水库，背依群山，风景宜人。如果事先不知道，很难把著名的“鸟巢”的钢结构和这么美的地方联系起来。
舞阳钢铁公司科技部总工程师魏明说，舞阳钢铁公司在建筑用钢方面处于国内领先地位，起草了行业标准和国家标准。奥体工程的建设者希望实现钢材的国产化，武钢也希望通过奥体钢材提高产品的档次和质量，所以双方都有联手的意愿，最终达成了这次合作。
舞钢科技部门的工程师李解释说，Q460是一种低合金高强度钢。q代表钢的强度，460代表460 MPa，MPa是10的六次方，Pa是压力单位帕斯卡。Q460是指只有当钢材的应力强度达到460 MPa时才会发生塑性变形，即当外力释放后，钢材只能保持应力形状，不能恢复原状，大于普通钢材。
这个“鸟巢”用的Q460是110 mm厚，国内以前从来没有用过，生产难度很大。在过去，Q460在中国广泛用于工程机械，如制造挖掘机，但Q460级钢尚未用于建筑结构钢。这是因为，在设计中，主要是考虑到强度相对较低的钢材具有较高的延伸率，当其像弹簧一样受到地震等较强外力作用时，可以通过变形吸收地震能量，防止断裂，更有利于提高抗震性能。
既然如此，鸟巢为什么青睐Q460？
任何事情都有两面性。
李说，钢要求高强度的同时，低合金冶炼也很重要，主要考虑钢的可焊性。高合金钢虽然强度高，但可焊性差，低温下耐压性不如低合金钢。
“鸟巢”跨度很大。如果使用低强度钢材，钢材的截面会增大，在受力复杂的情况下会带来一系列问题。比如厚度为110 mm的高强度钢换成低强度钢，厚度至少要达到220 mm，钢板越厚焊接难度越大。而且钢材在焊接部位容易出问题，尤其是加大截面后，焊接过程中容易出现缺陷。
除了焊接不方便，低强度钢的体积和载重也是另一个缺点。魏明说，钢材出厂后并不直接用于建筑，而是要焊接成方柱或矩形柱。如果使用低强度钢，立柱需要焊接非常大，大尺寸钢结构不利于加工生产。如果采用高强度钢，立柱可以焊得很小，重量小，占地面积小，更便于加工生产。
鉴于这些情况，“鸟巢”的建造者最终选择了高强度的Q460。那么之前只在机械结构中使用过的Q460能否承担建筑结构的重任？
魏明说，建筑结构用钢和工程机械用钢不一样。建筑结构用钢应具备几个特点:一是应具有良好的抗震性能；此外，还要求具有防止钢材焊后分层开裂的性能；还有就是耐低温性好，因为钢在低温下会变脆，温度越低，钢越碎越容易断，耐低温性好的钢不会脆；因为“鸟巢”的钢结构最后要焊接，所以也要求钢材具有良好的可焊性。
由于Q460增加了这些功能，钢材的厚度和应用范围也是前所未有的，人们不禁想知道这种专为“鸟巢”打造的钢材的研发过程。
Q460是怎么炼成的？
为了给“鸟巢”提供一款“合身”的Q460，从2004年9月开始，舞钢的科研人员开始了长达半年多的攻关，前后三次试制成功。因为以前有很好的科研基础，李认为这次的研究还是比较顺利的。
2004年9月，开始第一次试生产。第一次试生产的结果是，除强度不尽如人意外，其他指标都合格。
如何提高强度成了科研人员的一道坎。
科研人员通过改进工艺，在保证低碳当量的基础上，适当增加了微合金元素的含量。良好的焊接性要求钢的碳当量低，微合金元素的增加会在提高钢的强度的同时提高钢的碳当量。但好在添加的碳当量很小，所以不会影响钢的焊接性。
改进工艺后，2005年3月和4月，研究人员进行了第二次试生产。本次试生产，强度等指标符合要求，但冲击韧性试验结果不理想。
冲击韧性实验是用一块样品钢板，开一个小缺口，放在低温环境下，用钟摆撞击钢板，看能吸收多少能量。做这个实验的目的是测试钢在低温环境下能承受多大的外力。如果钢在低温环境下没有问题，那么高温也没有问题。这个实验Q460是在零下40摄氏度下进行的，冲击韧性并不理想。
2005年5月开始第三次试制实验，主攻方向是解决低温冲击韧性问题。研究人员采用的方法是改进工艺，细化晶粒。
晶粒是钢的结构或成分。晶粒越细，钢的韧性越好。精炼方法一是降低轧制温度，二是加大压下量。
降低轧制温度对晶粒细化非常有利。比如原来的晶粒是球形的，轧制后钢板变长了，晶粒也会变长，表面积也会相应增加。在合适的温度条件下，晶粒表面会发生再结晶，形成许多新的晶粒，从而细化晶粒。
但是，增加压下量可以进一步细化晶粒。减薄量是坯料变薄时的尺寸。例如，坯料的初始厚度为100 mm，如果用机器将其压至80 mm，则压下量为20 mm..通过增加还原参数，在其他条件相同的情况下，晶粒的表面积可以更大，从而可以形成更多的晶体，晶粒可以得到细化。
通过改进工艺，Q460最终达到了“鸟巢”的要求。2005年7月，为“鸟巢”准备的Q460开始批量生产，服务于奥运工程。
现在，“鸟巢”已经完成混凝土施工，开始钢结构施工。它使用了数百吨自主创新、拥有知识产权的国产Q460钢，这将支撑起它引以为傲的钢筋。2008年北京奥运会时，“鸟巢”不仅向世界展示了珍贵的奥运建筑遗产，也展示了中国人民的创新成果。