钢材的技术标准与选用.doc

钢材的技术标准与选用钢材的技术标准与选用钢材的技术标准与选用钢材可分为钢筋混凝土结构用钢和钢结构用钢两大类。一、主要钢种（一）碳素结构钢1碳素结构钢的牌号及其表示方法。根据国家标准碳素结构钢（GB700-88）规定，碳素结构钢分5个牌号，即Q195、Q215、Q235、Q255和Q275。按其硫、磷杂质含量由多到少分为A、B、C、D 4个质量等级。碳素结构钢的牌号表示是由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级（A、B、C、D）、脱氧程度（F、b、Z、TZ）等4个部分按顺序组成。镇静钢和特殊镇静钢在钢的牌号中Z和TZ予以省略。如Q235-AF，表示此碳素结构钢是屈服点为235MPa的A级沸腾钢；Q235C，表示此碳素结构钢是屈服点为235MPa的C级镇静钢。2碳素结构钢的技术要求。按照国家标准碳素结构钢（GB700-88）规定，碳素结构钢的技术要求如下：（1）化学成分：各牌号碳素结构钢的化学成分应符合表6-1的规定。（2）力学性能碳素结构钢的强度、冲击韧性等指标应符合表6-2的规定，冷弯性能应符合表6-3的要求。表6-1 碳素结构钢的化学成分牌号 Mn Si S P 等级 化学成分（%） 脱氧方法 C Mn Si S P Q195 0.060.12 0.250.50 0.30 0.050 0.045 F、b、ZQ215 A 0.090.15 0.250.55 0.30 0.500 0.045 F、b、Z B Q235 A 0.140.22 0.300.65 0.30 0.050 0.045 F、b、Z B 0.120.20 0.300.70 0.045 C 0.18 0.350.80 0.040 0.040 Z D 0.17 0.035 0.035 TZQ255 A 0.180.28 0.400.70 0.30 0.050 0.045 Z B 0.045 Q275 0.200.38 0.500.80 0.35 0.050 0.045 Z注： Q235A、B级沸腾钢的锰含量上限为0.60%表6-2 碳素结构钢的力学性能牌号 等级 拉伸试验 冲击试验 屈服点 （MPa） 抗拉强度 （MPa） 伸长率 （%） 温度（） V型冲击功（纵向）（J） 钢材厚度（直径） 钢材厚度（直径）（mm） 16 1640 4060 60100 100150 150 16 1640 4060 60100 100150 150 Q195 （195） （185） 315390 33 32 Q215 A 215 205 195 185 175 165 335410 31 30 29 28 27 26 B 20 27Q235 A 235 225 215 205 195 185 375460 26 25 24 23 22 21 B 20 27 C 0 D -20 Q255 A 255 245 235 225 215 205 410510 24 23 22 21 20 19 B 20 27Q275 275 265 255 245 235 225 490610 20 19 18 17 16 15 表6-3 碳素结构钢的冷弯性能牌号 试样方向 冷弯试验（B=2a，180） 钢材厚度（直径）（mm） 60 60100 100200 弯心直径dQ195 纵 0 横 0.5a Q215 纵 0.5a 1.5a 2a 横 a 2a 2.5aQ235 纵 a 2a 2.2a 横 1.5a 2.5a 3aQ255 2a 3.5a 3a 3.5aQ275 3a 4.5a 4a 4.5a注：B为试样宽度，a为钢材厚度（直径）。从表6-1、表6-2和表6-3可以看出，碳素结构钢随着牌号的增大，其含碳量和含锰量增加，强度和硬度提高，而塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。3碳素结构钢的应用。土木工程中应用最广泛的碳素结构钢是Q235，由于其具有较高的强度，良好的塑性、韧性及可焊性，综合性能好，故能较好地满足一般钢结构和钢筋混凝土结构的用钢要求，且成本较低。用Q235钢大量轧制成各种型钢、钢板及钢筋。其中Q235-A级钢，一般仅适用于承受静荷载作用的结构；Q235-C和Q235-D级钢，可用于重要的焊接结构。Q195、Q215钢，强度低，塑性和韧性较好，具有良好的可焊性，易于冷加工，常用作钢钉、铆钉、螺栓及钢丝等，也可用作轧材用料。Q215钢经冷加工后可代替Q235钢使用。Q255、Q275钢，强度较高，但塑性、韧性和可焊性较差，不易焊接和冷弯加工，可用于轧制钢筋、制作螺栓配件等，但更多用于机械零件和工具等。（二）优质碳素结构钢1、 优质碳素结构钢的分类：按冶金质量等级分为：优质钢高级优质钢 A特级优质钢 E按使用方法分为：a） 压力加工用钢 UP热压力加工用钢 UHP顶锻用钢 UF冷拔坯料用钢 UCDb） 切削加工用钢 UC2、 优质碳素结构钢的牌号根据国家现行标准优质碳素结构钢（GB/T 6991999）的规定，共有31个牌号，其牌号由数字和字母两部分组成。两位数字表示平均碳含量的万分数；字母分别表示锰含量、冶金质量等级、脱氧程度。锰含量为0.250.80时，不注“Mn”；锰含量为0.701.2时，两位数字后加注“Mn”。如果是高级优质碳素结构钢，应加注“A”，如果是特级优质碳素结构钢，应加注“E”。对于沸腾钢，牌号后面为“F”；对于半镇静钢，牌号后面为“b”。例如：15F即表示碳含量为0.120.18，锰含量为0.250.50，冶金质量等级为优质，脱氧程度为沸腾状态的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢的特点是生产过程中对硫、磷等有害杂质控制较严（优质钢：P0.035，S0.035；高级优质钢：P0.030，S0.030；特级优质钢：P0.025，S0.020）。一般都用平炉、氧气碱性转炉或电弧炉冶炼，脱氧程度大部分为镇静状态，因此质量较稳定。合金元素主要有：锰（含Mn在0.251.2），硅（08F钢含Si0.03、10F钢和15F钢含Si0.07、其他28个牌号的钢含Si在0.170.37），铬（08F钢和08号钢含Cr0.1、10F钢和10号钢含Cr0.15、其他27个牌号的钢含Cr0.25），镍（含Ni0.30），铜（含Cu0.25）。优质碳素结构钢的力学性能主要取决于碳含量，碳含量高则强度也高，但塑性和韧性降低。在土木工程中，优质碳素结构钢主要用于重要结构的钢铸件及高强螺栓，常用的是3045号钢；用于碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线，通常用的是6580号钢。（三）低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量的一种或几种合金元素制成的一种结构钢。1低合金高强度结构钢的牌号及其表示方法。根据国家标准低合金高强度结构钢（GB1591-1994）规定，共有5个牌号，即Q295、Q345、Q390、Q420和Q460。所加入元素主要有锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍及稀土元素。其牌号的表示是由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级（A、B、C、D、E）3个部分组成。2低合金高强度结构钢的技术要求及应用。按照国家标准低合金高强度结构钢（GB1591-1994）规定，低合金高强度结构钢的化学成分与力学性能应符合表6-4和表6-5的要求。表6-4 低合金高强度结构钢的化学成分牌号 质量等级 化学成分（%） C Mn Si P S V Nb Ti Al Cr NiQ295 A 0.16 0.801.50 0.55 0.045 0.045 0.020.15 0.0150.060 0.020.20 B 0.16 0.801.50 0.55 0.040 0.040 0.020.15 0.0150.060 0.020.20 Q345 A 0.02 1.001.60 0.55 0.045 0.045 0.020.15 0.0150.060 0.020.20 B 0.02 1.001.60 0.55 0.040 0.040 0.020.15 0.0150.060 0.020.20 C 0.20 1.001.60 0.55 0.035 0.035 0.020.15 0.0150.060 0.020.20 0.015 D 0.18 1.001.60 0.55 0.030 0.030 0.020.15 0.0150.060 0.020.20 0.015 E 0.18 1.001.60 0.55 0.025 0.025 0.020.15 0.0150.060 0.020.20 0.015 Q390 A 0.20 1.001.60 0.55 0.045 0.045 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.30 0.70 B 0.20 1.001.60 0.55 0.040 0.040 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.30 0.70 C 0.20 1.001.60 0.55 0.035 0.035 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.015 0.30 0.70 D 0.20 1.001.60 0.55 0.030 0.030 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.015 0.30 0.70 E 0.20 1.001.60 0.55 0.025 0.025 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.015 0.30 0.70Q420 A 0.20 1.001.70 0.55 0.045 0.045 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.40 0.70 B 0.20 1.001.70 0.55 0.040 0.040 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.40 0.70 C 0.20 1.001.70 0.55 0.035 0.035 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.015 0.40 0.70 D 0.20 1.001.70 0.55 0.030 0.030 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.015 0.40 0.70 E 0.20 1.001.70 0.55 0.025 0.025 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.015 0.40 0.70Q460 A 0.20 1.001.70 0.55 0.035 0.035 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.015 0.70 0.70 B 0.20 1.001.70 0.55 0.030 0.030 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.015 0.70 0.70 C 0.20 1.001.70 0.55 0.025 0.025 0.020.20 0.0150.060 0.020.20 0.015 0.70 0.70注：表中的Al为全铝含量。如化验酸熔铝时，其含量应不小于0.010%。表6-5 低合金高强度结构钢的力学性能牌号 质量等级 屈服点 （MPa） 抗拉强度 （MPa） 伸长率 （%） 冲击功（Akv）（纵向）（J） 180弯曲试验d.弯心直径；a.试件厚度（直径） 厚度（直径、边长） +20 0 -20 -40 15 1635 3550 50100 钢材厚度（直径） 16 16100Q295 A 295 275 255 235 390570 23 d=2a d=3a B 295 275 255 235 390570 23 34 d=2a d=3aQ345 A 345 325 295 275 470630 21 d=2a d=3a B 345 325 295 275 470630 21 34 d=2a d=3a C 345 325 295 275 470630 22 34 d=2a d=3a D 345 325 295 275 470630 22 34 d=2a d=3a E 345 325 295 275 470630 2 27 d=2a d=3aQ390 A 390 370 350 330 490650 19 d=2a d=3a B 390 370 350 330 490650 19 34 d=2a d=3a C 390 370 350 330 490650 20 34 d=2a d=3a D 390 370 350 330 490650 20 34 d=2a d=3a E 390 370 350 330 490650 20 27 d=2a d=3aQ420 A 420 400 380 360 520680 18 d=2a d=3a B 420 400 380 360 520680 18 34 d=2a d=3a C 420 400 380 360 520680 19 34 d=2a d=3a D 420 400 380 360 520680 19 34 d=2a d=3a E 420 400 380 360 520680 19 27 d=2a d=3aQ460 A 460 440 420 400 550720 17 34 d=2a d=3a B 460 440 420 400 550720 17 34 d=2a d=3a C 460 440 420 400 550720 17 27 d=2a d=3a低合金高强度结构钢与碳素结构钢相比，具有较高的强度，综合性能好，所以在相同使用条件下，可比碳素结构钢节省用钢20%30%，对减轻结构自重有利。同时还具有良好的塑性、韧性、可焊性、耐磨性、耐蚀性、耐低温性等性能。低合金高强度结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层结构、大跨度结构及桥梁工程等。（四）合金结构钢1、合金结构钢的牌号及其表示方法根据国家标准合金结构钢（GB/T 30771999）规定，合金结构钢共有77个牌号，通常以热轧或热锻状态供应，也可以热处理（退火、正火或高温回火）状态供应，产品型式多为圆钢、方钢、扁钢、六角钢等。合金结构钢的牌号表示按顺序由两位数字、合金元素符号、合金元素平均含量、冶金质量等级等四部分组成。两位数字表示平均含碳量的万分数；当含硅量的上限0.45或含锰量的上限0.9时，不加注Si或Mn，其他合金元素无论含量多少均加注合金元素符号；合金元素平均含量1.5者不加注，合金元素平均含量为1.502.49、2.503.49、3.504.49时，在合金元素符号后面分别加注2、3、4；优质钢不加注，高级优质钢加注“A”，特级优质钢加注“E”。例如20Mn2，它表示平均含碳量为0.20、含硅量上限0.45、平均含锰量为0.152.49的优质合金结构钢。2、合金结构钢的性能及应用合金结构钢的分类与优质碳素结构钢的分类相同。合金结构钢的特点是所有合金结构钢中均含有Si和Mn，生产过程中对硫、磷等有害杂质控制严格（优质钢：P0.035、S0.035；高级优质钢：P0.025、S0.025；特级优质钢：P0.025、S0.015），并且均为镇静钢，因此质量稳定。合金结构钢与碳素结构钢相比，具有较高的强度和较好的综合性能，即具有良好的塑性、韧性、可焊性、耐低温性、耐锈蚀性、耐磨性、耐疲劳性等性能，有利于节省用钢和增长结构使用寿命。构合金结构钢主要用于轧制各种型钢（角钢、槽钢、工字钢）、钢板、钢管、铆钉、螺栓、螺帽及钢筋，特别是用于各种重型结构、大跨度结构、高层结构等，其技术经济效果更为显著。 二、钢筋混凝土结构用钢钢筋混凝土结构用钢，主要由碳素结构钢和低合金结构钢轧制而成，主要有热轧钢筋、冷加工钢筋、热处理钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线等。按直条或盘条（也称盘圆）供货。（一）钢筋混凝土用钢筋钢筋混凝土用钢筋，根据其表面形状分为光圆钢筋和带肋钢筋两类。带肋钢筋有月牙肋钢筋和等高肋钢筋等，见图6-5。按标准规定，钢筋拉伸、冷弯试验时，试样不允许进行车削加工。计算钢筋强度时钢筋截面面积应采用其公称横截面积。 图6-5 带肋钢筋1钢筋混凝土用热轧直条光圆钢筋。根据钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB13013-1991）的规定，热轧直条光圆钢筋的力学性能和工艺性能应符合表6-6的规定。钢筋级别 强度等级代号 牌 号 公称直径a （mm） 屈服点 （MPa） 抗拉强度 （MPa） 伸长率 （%） 冷弯试验（180）弯心直径（d） 不 小 于 R235 Q235 820 235 370 25 d=a2低碳钢热轧盘条光圆钢筋。根据低碳钢热轧圆盘条（GB/T701-1997）的规定，土木工程用低碳钢热轧盘条光圆钢筋的力学性能和工艺性能应符合表6-7的规定。表6-7 盘条光圆钢筋的力学性能、工艺性能牌 号 屈服点 （MPa） 抗拉强度 （MPa） 伸长率 （%） 冷弯试验（180）弯心直径（d）（a.钢筋公称直径）Q215（A、B、C） 215 375 27 d=0Q235（A、B、C） 235 410 23 d=0.5a3.钢筋混凝土用热轧带肋钢筋。根据钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB1499-1998）的规定，热轧带肋钢筋的力学性能和弯曲性能分别应符合表6-8和表6-9的规定。表6-8 热轧带肋钢筋的力学性能牌号 公称直径（mm） （或 ）（MPa） （MPa） （%） 不小于HRB335 625 335 490 16 2850 HRB400 625 400 570 14 2850 HRB500 625 500 630 12 2850 热轧带肋钢筋的牌号是由HRB和屈服点最小值组成。其中H、R、B分别为热轧（Hot rolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）3个词的英文首位字母。 若检验钢筋在最大力下的总伸长率 ，则 不应小于2.5%。在最大力作用下的试样总伸长率 （%），可按公式6-3计算： （6-3）式中：L试样断裂后测量区标记间的距离（mm）；L0试验前测量区标记间的距离（mm）； 抗拉强度（MPa）；E弹性模量，其值可取为2105MPa。 根据需要，可使用满足下列条件的钢筋： （1）钢筋实测抗拉强度与实测屈服点之比不小于1.25； （2）钢筋实测屈服点与表6-8规定的最小屈服点之比不大于1.30。 表6-9 热轧带肋钢筋的弯曲性能牌 号 公称直径a（mm） 弯曲试验（180）；弯曲直径dHRB335 625 3a 2850 4aHRB400 625 4a 2850 5aHRB500 625 6a 2850 7a光圆钢筋是用Q215或Q235碳素结构钢轧制而成的钢筋。其强度较低，塑性及焊接性能好，伸长率高，便于弯折成型和进行各种冷加工，广泛用于普通钢筋混凝土构件中，作为中小型钢筋混凝土结构的主要受力钢筋和各种钢筋混凝土结构的箍筋等。 带肋钢筋是用低合金镇静钢和半镇静钢轧制成的钢筋，其强度较高，塑性和焊接性能较好，因表面带肋，加强了钢筋与混凝土之间的粘结力，广泛用于大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋，经过冷拉后可用作预应力钢筋。 （二）冷轧带肋钢筋 冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条为母材，经冷轧减径后在其表面冷轧成二面或三面横肋（月牙肋）的钢筋，见图6-6。图6-6 冷轧带肋钢筋横截面上月牙肋分布情况1牌号。根据国家标准冷轧带肋钢筋（GB13788-2000）的规定，冷轧带肋钢筋按抗拉强度最小值可分为五级牌号，即CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中C、R、B分别表示“冷轧”、“带肋”、“钢筋”的英文首位字母，后面的数字表示钢筋抗拉强度最小数值。 2技术性能。冷轧带肋钢筋的化学成分、力学性能和工艺性能应符合国家标准冷轧带肋钢筋（GB13788-2000）的有关规定。力学性能和工艺性能要求见表6-11。表6-11 冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能牌号 反复弯曲次数 抗拉强度 （MPa）不小于 伸长率（%）不小于 冷弯（180）弯心直径（D）（d为钢筋公称直径） 初始应力松弛（ =0.7 ） 1000h不大于（%） 10h不大于（%）CRB550 550 8 D=3d CRB650 3 650 4 8 5CRB800 3 800 4 8 5CRB970 3 970 4 8 5CRB1170 3 1170 4 8 5（三）预应力混凝土用热处理钢筋预应力混凝土用热处理钢筋是由热轧螺纹钢筋（即普通热轧中碳低合金钢筋）经淬火和回火等调质处理制成。1代号和外形。代号为RB150，数字表示抗拉强度等级数值。外形按其螺纹外形分为纵肋和无纵肋两种。2技术性能。根据预应力混凝土用热处理钢筋（GB4463-1992）规定，其力学性能应符合表6-12的要求。表6-12 预应力混凝土用热处理钢筋的力学性能牌号 牌号 屈服强度（MPa） 抗拉强度（MPa） 伸长率 （%） 不小于6 40Si2Mn 1325 1470 68.2 48Si2Mn 10 45Si2Mn 3应用。预应力混凝土用热处理钢筋具有高强度、高韧性和高握裹力等优点，主要用于预应力混凝土桥梁轨枕，还用于预应力梁、板结构及吊车梁等。 预应力混凝土用热处理钢筋成盘供应，开盘后能自行伸直，不需调直和焊接，施工方便，且节约钢材。 （四）预应力混凝土用钢丝 预应力混凝土用钢丝是应用罗素体盘条制作，经冷拉或冷拉后消除应力处理制成。 根据预应力混凝土用钢丝（GB/T5223-2002）规定：按加工状态分为冷拉钢丝（代号为WCD）和消除应力钢丝两种；按外形分为光面钢丝（代号为P）、螺旋肋钢丝（代号为H）和刻痕钢丝（代号为I）三种；按松弛性能分为低松弛钢丝（代号为WLR）和普通松弛钢丝（代号为WNR）两种。 冷拉钢丝、消除应力光圆及螺旋肋钢丝、消除应力刻痕钢丝的力学性能应符合表6-14、表6-15、表6-16的规定。表6-14 冷拉