宝钢开发了系列高强度建筑用钢，产品涉及Q460、Q550、Q690等强度级别，钢材屈服强度级别从低到高有390MPa、420MPa、460MPa、550MPa、690MPa，甚至达960MPa及其以上。宝钢高强建筑用钢大多采用TMCP状态交货，板厚范围可覆盖10mm到150mm，它具有优良的综合力学性能，钢板均匀性好，板形好，碳当量低，焊接性能良好。对于极高强度或高强度的大厚度规格，也会根据需要采用QT态交货。

宝钢可根据用户需求，按国标、美标、欧标进行系列高强钢的生产与供货。国标GB/T 19879-2023有QT或TMCP两种状态供货，如表1所示，在满足用户要求的前提下，推荐TMCP状态交货。这种状态生产的钢板，焊接预热温度可大大降低，使钢材加工制作更加方便；另外，采购成本也会大大降低。

随着强度的不断提升，钢材冷裂纹敏感性升高、热影响区软化与脆化问题也会成为高强建筑用钢工业化应用的拦路虎。因此，宝钢的高强钢研发秉承“材料-焊接-结构”一体化设计理念，通过精准的微合金化与组织调控技术，在提升强度的同时显著降低碳当量，提高抗裂能力、改善焊接热影响区的韧性储备，实现“高强度”与“易焊接”的协同统一。

焊接冷裂纹，也称延迟裂纹，是焊接接头冷却到较低温度后由于焊接过程中的马氏体相变与扩散氢聚集的共同作用形成的。此类裂纹往往在焊后数小时甚至数天后才出现，具有很强的隐蔽性和突发性，对结构安全构成重大隐患。

工程上主要采用斜Y坡口焊接裂纹试验来进行冷裂纹敏感性评价。斜Y坡口焊接裂纹试验，又称铁研试验，通过特定的坡口形式和严格的拘束条件，在焊道根部人为营造高拘束应力区，模拟工程焊接接头中最易产生冷裂纹的应力状态。试验时采用实际施工拟定的焊接工艺参数进行焊接，焊后经48h放置或特定时效处理后，对焊道根部断面进行剖面检查并测量裂纹长度，据此计算根部裂纹率。

由于该试验的拘束度大、应力集中显著，能够有效激发出冷裂纹，且裂纹主要产生于高强钢焊接热影响区的粗晶区，因此被认为是评价材料裂纹敏感性与确定焊接预热温度的重要依据。例如针对宝钢生产的25mm厚度的Q550GJ高强建筑用钢，在斜Y坡口试验时出现根部延迟冷裂纹，表面裂纹率为15.3%，剖面裂纹率为30.6%；预热80℃条件下则未观察到冷裂纹，如图1所示。

由于试验比较复杂，为了减少试验量，也会辅助进行理论计算。对于高强建筑用钢而言，欧洲标准EN 1011-2中给出的理论计算模型与宝钢的试验较为接近，建议工程实践中可以参考。EN 1011-2用以确定焊接最低预热温度T₀的公式如下：

T₀=697CET+160tanh（δ/35）+62HD^0.35+（53CET-32E）-328

其中，CET为碳当量，δ为板厚，HD为扩散氢含量，E为焊接热输入。

对于高强建筑用钢这类低合金高强钢，焊接热循环过程中，800℃至500℃这一温度区间对应于奥氏体的不稳定阶段，冷却时间t_8/5直接控制着奥氏体向铁素体、珠光体、贝氏体或马氏体的转变行为。从800℃冷却至500℃的冷却时间，称为t_8/5，是焊接热循环曲线的本征参数，如图2所示。

t_8/5过短意味着冷却过快，热影响区易形成高硬度的马氏体组织，增大冷裂纹敏感性；t_8/5过长则可能导致晶粒粗化或出现软化区，降低接头的强度和韧性。因此，在焊接性研究中，精确预测和控制t_8/5，是实现高强钢焊接接头强韧匹配、防止冷裂纹的关键环节。

t_8/5的理论计算为焊接性研究中的微观组织调控提供了不可或缺的科学依据。这种理论计算的研究大大降低工艺开发过程中的试错成本，是保障高强钢结构焊接质量可靠性和稳定性的核心理论工具。为了定量化研究t_8/5，国内外学者基于焊接热传导理论提出了多种计算公式，其中较为经典的计算公式包括D·Vwer理论经验公式、稻垣道夫经验公式以及Rykalin公式。

对于新钢种的焊接性确认，还需确认焊接热影响区哪个部位的韧性最低，这个可以利用Gleeble热模拟试验机进行系统研究。即固定一个t_8/5值，如8s时，设计一系列峰值温度进行物理模拟，把模拟后的组织进行冲击性能和金相组织观察，来确认这个钢种的薄弱区域。通常粗晶区和临界热影响区是韧性最差区。

SHCCT图是新钢种焊接性的一个重要体现，通过SHCCT图可以从原理上了解这个钢种的焊接工艺窗口大小。利用Gleeble热模拟试验机，可在实验室条件下精确复现焊接热循环过程，获得均匀的微观组织，从而获得不同焊接工艺条件下粗晶区CGHAZ的组织与力学性能，即SHCCT图。

获取SHCCT图的具体做法：将试样以固定加热速率升温至峰值温度1350℃，随后分别设定一系列冷却时间，利用Gleeble集成的膨胀仪实时记录直径变化，根据膨胀曲线上转折点精确标定各冷却速率下的相变开始与结束温度；再结合对应试样的金相定量分析与硬度测试，最终绘制出宝钢Q550GJ完整的SHCCT图，如图3所示。该图可以系统揭示冷却速率对CGHAZ组织及硬度的演变规律，以此确定适宜的焊接热输入范围，从而为实际工程中的焊接工艺选配提供指导。

当前我国高强建筑用钢在地标型高层建筑、大型公共建筑等钢结构中应用广泛，为了建筑结构安全，必须采用可靠的焊接方案，确保结构节点中的焊缝型式合理，处理好密集焊缝的布局，使结构应力与变形可控；采用适配的焊接材料与焊接工艺，确保焊缝不开裂；采用科学的评价方法与检验方法，确保焊接裂纹与焊接缺陷无处遁形。现以宝钢生产的TMCP交货状态的Q550GJ钢为例，简述其焊接技术方案。

针对Q550GJ高强建筑用钢，匹配的焊接材料采用等强或稍高强匹配，确保静态受力需求和抗震要求。宝钢开发了抗拉强度500-1000MPa系列的高强MAG和SAW焊丝用盘条，专门用于系列高强结构钢。常规MAG和SAW焊接时，可选用70kg焊接材料，例如CHW-70C、CHW-S7/CHF101，其熔敷金属力学性能如表2所示。

对于高强度厚板而言，预热温度是预防焊接裂纹的一种有效手段，合理的预热温度可以有效避免焊接过程中冷裂纹风险，也可防止预热温度过高造成的接头性能劣化与作业环境不友好的问题，从而提高焊接的安全性与稳定性。针对宝钢开发的Q550GJ钢种，基于大量焊接工艺评定试验，建立了Q550GJ高强建筑用钢在不同板厚与焊接热输入条件下的预热温度推荐值，如图4所示。

图4对10-120mm厚度规格钢板在不同焊接热输入条件下的预热温度给出了系统性建议，为工程现场制定焊接工艺规程提供量化依据。

25mm厚的Q550GJ钢板，焊接接头采用X形坡口，坡口角度60°，钝边2mm，根部间隙2mm。焊接工艺上选择熔化极气体保护焊打底+埋弧焊填充、盖面的焊接工艺。具体做法：焊前预热80℃，焊后不做任何处理，分别采用两种不同焊接热输入，典型焊接参数如表3所示。

在试板上分别制取宏观金相试样，以及接头的横纵向拉伸、冲击、侧弯试样，然后进行分析测试，宏观金相如图5所示，力学性能试验结果如表4所示。

两种工艺的接头宏观金相结果显示，试板接头熔合良好，无气孔、夹杂、裂纹等宏观缺陷。接头横纵向拉伸、接头冲击均满足设计强度与韧性要求；接头侧弯4D、180°均未出现裂纹，试样完好，如图6所示，满足接头工艺评定要求。

国家体育场“鸟巢”为2008年北京奥运会主会场，其钢结构采用宝钢研发的Q460E高强度钢。作为我国首次大规模应用的国产高强度、高韧性、抗层状撕裂特厚钢板，其兼具460MPa级屈服强度、-40℃低温冲击韧性及Z35级厚度方向性能，但其高碳当量、大截面与复杂空间节点仍给焊接带来严峻挑战，易产生冷裂纹、热影响区脆化、角变形超限及层状撕裂风险。针对上述难题，宝钢与承建单位紧密配合，系统开展了焊接工艺评定与焊接作业指导书编制，有效控制了结构残余应力与变形。主结构万余吨Q460E-Z35钢板焊接一次合格率达99.2%，超声波探伤一次合格率超过99%，无层状撕裂发生，确保了结构整体安全与耐久性。

G60科创云廊项目是长三角区域首例应用Q690级别高强钢的建筑工程。22栋80m高的建筑组成建筑群，共用一个屋盖，如图7所示。网壳结构的屋盖巨大却显得轻盈飘逸，行云流水般将园区连接成一个整体的巨构长廊。然而，由于网壳结构跨度大、厚度薄、造型复杂，这给焊接作业带来了极大的难度，也对精度提出了更高要求。宝钢与项目团队为实现最佳性能效果，攻克技术难题，成功实现工程应用。

深圳歌剧院位于深圳湾畔，由普利兹克奖得主团队操刀设计。其标志性的流动曲面屋面结构，要求钢材兼具卓越的材料性能与加工性能。宝钢Q690系列高强建筑用钢相比传统建筑钢，显著减薄构件厚度，减轻建筑自重，完美支撑设计所需轻盈、纤细的屋面结构。同时宝钢中央研究院综合材料方案解决中心联动钢管与厚板产销研团队，根据歌剧院项目的特殊需求，对Q690高强钢成分设计进行了针对性优化，显著提升了产品的焊接性能和弯曲加工性能，并提供完整的焊接技术综合解决方案。

上海浦西未来第一高楼北外滩91街坊项目是上海市重大工程项目，建成后将成为浦西第一高楼。该项目对钢材的性能要求极为苛刻，所使用的Q550GJ最大钢板厚度达到120mm，超出现行国家标准的规定，宝钢充分利用5m厚板轧机及其装备的技术优势，成功解决了大厚度、高强度Q550GJ建筑用钢低屈强比、高延伸率、优异切割板形和焊接性能的技术难题。同时配套完整的焊接工艺解决方案，使产品顺利通过了加工工艺、焊接工艺等严格的工程评定。

未来建筑钢结构的发展，将围绕钢材向更高强度等级的结构设计和节点构造细节方面、以及匹配的综合焊接技术方案进行持续开发与突破，从而使高强钢结构工程具备高质量、安全、绿色等时代特色。

从高强建筑用钢的综合焊接技术方案来看，数字化与智能化将深刻重塑未来高强钢的焊接技术生态。一方面，焊接工艺将从“经验依赖”向“数据驱动”转变——基于数值模拟、大数据分析的焊接工艺设计系统，将实现焊接热输入、预热温度、道间温度等关键参数的优化，并对焊接残余应力和变形进行精准预测与控制；另一方面，面向现场装配的免预热、低预热焊接技术，以及面向工厂化制造的激光—电弧复合焊、窄间隙埋弧焊等高效率新型焊接工艺将得到更广泛的应用，从制造端推动高强钢构件的高效、高质量、低成本生产。