Napjainkban a nagy szilárdságú acél jelenti az építőmérnöki gyakorlatban az egyik legújabb anyagszerkezeti újítást, melyet négy globális cél mozgat [1]:

• gazdaságosság: a szilárdság növelésével a szerkezeti méretek csökkenthetők, ami megtakarítást jelenthet gyártási és kivitelezéssi oldalon;
• építészeti megjelenés: a szerkezet mére­teinek csökkentésével karcsúbb, esztéti­kusabb, szabadabb formavilágú szerkezetek építhetők, melyek jobban illeszthetők az adott környezetbe;
• környezettudatosság: a kisebb anyagfelhasználás kisebb károsanyag-kibocsátáshoz vezet a gyártásban, szállításban, szerelésben egyaránt;
• biztonság: a modern, nagy szilárdságú acélanyagok nemcsak nagyobb szilárdsági jellemzőkkel rendelkeznek, hanem nagyobb a környezeti ellenálló képességük is, jobb a szívóssági tulajdonságuk, ennek eredményeként pedig nagyobb biztonsággal lehet felhasználni ezeket az anyagokat építőmérnöki szerkezetekben (modern offshore szerkezetek a legjobb példák ezen a téren a nagy szilárdságú acél felhasználására).

Korábban a nagy szilárdságú acéltermékek csak lemez formájában voltak kaphatók, mára azonban megjelentek a melegen hengerelt vagy hidegen alakított acélszerkezeti gyártmányok is (I szelvények, zárt szelvények) nagy szilárdságú acélanyagból. Elsősorban a zárt szelvények alkalmazása terjedt el az acél rácsos tartók körében, ahol a nagy szilárdságú acél számos előnyös tulajdonsága kihasználható. Egyrészt a nagyobb szilárdsági jellemzők keresztmetszeti méretcsökkentést tesznek lehetővé, ami súlycsökkenéshez, ezáltal igénybevétel-csökkenéshez vezet, és ez versenyképesebb szerkezetek előállítását teszi lehetővé. Ezenkívül a keresztmetszeti méretcsökkenés a festendő felület és a tűzvédelmi bevonat csökkenését is jelenti, ami tovább csökkenti az építési költséget. A kisebb keresztmetszeti méretek azonban karcsúbb, ezáltal stabilitásra érzékenyebb szerkezeti kialakításokhoz vezetnek, melyeknél a lokális horpadás és a kihajlás nagyobb hangsúlyt kap a tervezésben. Mindemellett ismert, hogy a nagy szilárdságú acélok gyártása, hengerlése, hegesztése a folyáshatárhoz képest kisebb sajátfeszültséget eredményez a normál szilárdságú acélokhoz képest, így lényegesen kedvezőbb lehet a nagy szilárdságú acélanyagból készült szerkezeti elemek stabilitási viselkedése. Ezenkívül a hagyományos méretezési eljárások alkalmazása miatt jelentősen alulbecsülhetik a tényleges teherbírást, ami rontja a gazdaságos felhasználást. Ennek érdekében a globális és lokális stabilitási jelenség és teherbírás meghatározása nagy szilárdságú acélból készült szerkezeti elemek esetén felülvizsgálatra szorul. Korábbi saját és nemzetközi szakirodalomban talált kutatási eredményeink azt igazolják, hogy a különösen nagy szilárdságú acélanyagok (S500–S960) stabilitási ellenállása lényegesen meghaladja a hagyományos (S235–S355) acélanyagból készült szerkezetek teherbírását.

A nagy szilárdságú acél világviszonylatban legjelentősebb építőipari felhasználási területe a nagy fesztávú hídszerkezet (pl.: Tokyo Gate Bridge – 1. ábra). Napjainkig az építőmérnöki célból felhasznált nagy szilárdságú acélok számottevő részét hídszerkezetekben alkalmazták. A nagy fesztávolságú hídszerkezeteket a jelentős önsúly/hasznos teher arány jellemzi, ami azt jelenti, hogy önsúlycsökkentéssel nagymértékű maximális igénybevétel-csökkentést lehet elérni, ami további anyagfelhasználás-csökkenéshez vezethet. A keresztmetszeti méretek csökkentése azonban magával vonja a szerkezet merevségének, valamint a járműteherből származó feszültséglengések nagyságának növekedését. Az anyagfelhasználás további csökkentésének általában a használhatósági, valamint a fáradási határállapot szab korlátot, ami azt is jelenti, hogy a hídépítésben alkalmazott nagy szilárdságú acélszerkezetek esetén szinte mindig a használhatósági és/vagy fáradási határállapot a mértékadó. Mivel a fáradásvizsgálati eljárások és méretezési módszerek függetlenek az acélanyag szilárdsági tulajdonságától, ezért elengedhetetlen a nagy szilárdságú acél hídszerkezetek gazdaságos alkalmazásához, hogy tovább fejlesszük a tervezésükhöz alkalmazott méretezési eljárásokat. Korábbi szakirodalmi adatok egyértelműen alátámasztják, hogy a folyáshatár növelésével az alapanyag fáradási jellemzői is kedvezőbbek lesznek, ugyanez azonban már nem mutatható ki egyértelműen hegesztett szerkezeti részletek esetén.
Magyarországon jelenleg leginkább az S235–S355 (S420/S460) acélanyagok érhetők el. Ugyanakkor külföldön már szélesebb körben kaphatók az S500–S960 acélanyagból készült szerkezeti elemek is, így középtávon várható ezeknek az acélanyagoknak a hazai építőipari térnyerése is.

Nagy szilárdságú acélok anyag­jellemzői

A nagy szilárdságú acélok fejlesztése már az 1950-es években megindult. Az első nagy szilárdságú acéloknál ugyan a nagy (>500 MPa) szilárdságot sikerült elérni, de közben az acél más jellemzői nem voltak kedvezőek, mint például a hegeszthetősége, korrózióállósága vagy a duktilitása. Ugyanakkor a mai nagy szilárdságú acélok előállításánál sok hátrányos tulajdonságot sikerült felszámolni az anyagtudomány fejlődésének köszönhetően. Az úgynevezett nagy teljesítőképességű acéloknak már nemcsak a szilárdsága magasabb, hanem kedvezőbb a hegeszthetősége, valamint a korrózióállósága is. A továbbiakban bemutatjuk azokat a legfontosabb jellemzőket, amelyekben szignifikánsan eltér a nagy szilárdságú acélanyag viselkedése a normál szilárdságú acélokétól.