建筑工程常用钢材钢种

(一)普通碳素结构钢

普通碳素结构钢简称为碳素结构钢，这类钢材在供应和验收时，其化学成分和机械性能均应符合国家标准。

1．碳素结构钢的牌号

碳素结构钢按其化学成分和力学性能(屈服点)可分为Q195，Q215，Q235，Q255和Q275等五个牌号。按国家标准《碳素结构钢》(GB700－88)的有关规定，碳素结构钢按屈服点的数值(MPa)不同可分为：195，215，235，255和275等5个强度等级；按硫、磷杂质的含量不同可分为：A，B，C和D等4个质量等级；按脱氧程度不同可分为：特殊镇静钢(TZ)、镇静钢(Z)、半镇静钢(b)和沸腾钢(F)。

碳素结构钢的牌号由代表屈服点的“屈”字汉语拼音首字母“Q”、屈服点数值(以16mm厚度钢材为准)、质量等级和脱氧程度等4部分组成。例如Q215－A·F表示屈服点不低于215MPa的A级沸腾钢；Q235－C表示屈服点不低于235MPa的C级镇静钢。

2．碳素结构钢的性能

碳素结构钢的性能应符合我国现行国家标准《碳素结构钢》(GB700－88)的规定，碳素结构钢的化学成分应符合表8－2中的要求，碳素结构钢的力学性能和工艺性质应符合表8－3和表8－4中的要求。

表8－2 碳素结构钢的化学成分

①Q235A、Q235B级沸腾钢锰含量上限为0．60%。

表8－3 碳素结构钢的力学性质

表8－4 碳素钢抗弯试验指标

3．碳素结构钢的应用

由于以上5个碳素结构钢的性能不同，其用途也各不同。

(1)Q195、Q215号的塑性较高，易于冷弯和焊接，但其强度较低，所以多用于承受荷载较小及焊接构件。

(2)Q235号钢具有较高的强度和良好的塑性、韧性，易于焊接，且经焊接及气割后机械性能比较稳定，有利于冷热加工，所以广泛地用于桥梁构件及钢筋混凝土结构中的钢筋等，是目前路桥工程中应用最广泛的钢种。

(3)Q255、Q275号钢的屈服强度较高，但其塑性、韧性和可焊性较差，可用于钢筋混凝土结构中配筋及钢结构的构件和螺栓。

(二)优质碳素结构钢

优质碳素结构钢简称优质碳素钢，这类钢与普通碳素结构钢相比，由于对硫和磷的含量更加严格，所以其综合机械性能比普通碳素结构钢好。

1．牌号的表示方法

优质碳素结构钢的化学成分中，对硫、磷的含量要求比较严格，规定硫的含量不大于0．035%、磷的含量不大于0．035%。因此这种结构钢质量稳定，性能优于碳素结构钢。

优质碳素结构钢按国家标准(GB699－1999)规定，共分为31个牌号，由平炉、氧气碱性转炉和电弧炉冶炼，除3个牌号是沸腾钢外，其余都是镇静钢。

按其含碳的多少划分钢号，并按锰含量不同划分为普通含锰钢和较高锰钢两组，含锰量为0．35%～0．80%的为普通含锰钢，含锰量为0．70%～1．20%的为较高含锰钢。钢号用平均含碳量的万分数的近似值表示，如为较高含锰量的钢，在钢号后面加“锰”字(或代号Mn)。例如20Mn，表示为含碳量为0．20%的高含锰量钢。

优质碳素结构钢成本高，在预应力钢筋混凝土中，用45号钢作锚具，生产预应力钢筋混凝土用的碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线用65～80号钢。优质碳素结构钢一般经热处理后再供使用，也称为“热处理钢”。

2．优质碳素结构钢的性能

优质碳素结构钢有31个牌号，它们的化学成分各不相同，其力学性能也不相同。建筑工程中常用的几个牌号钢的化学成分和力学性能，分别如表8－5和表8－6所示。

表8－5 优质碳素结构钢的化学成分

表8－6 优质碳素结构钢的力学性能

3．优质碳素结构钢的应用

优质碳素结构钢一般适于热处理后使用，有时也可不经热处理而直接使用。这种钢在建筑工程结构中应用很少，一般常用30号，35号，40号和45号钢作高强螺栓，45号钢用作预应力钢筋的锚具，60号，70号，75号和80号钢可用于生产预应力混凝土用的碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。

(三)低合金结构钢

在生产碳素结构钢的过程中，加入总量小于5%的合金元素(如锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍等)，可以大大改善其性能，从而获得高强度、塑性、耐腐蚀性、低温冲击韧性和良好可焊性的钢材称为低合金钢，简称“普低钢”。

1．低合金结构钢的优点

(1)强度高、综合性能好

建筑工程中常用的碳素结构钢(如Q235)，其屈服点一般为235MPa，抗拉强度为300～400MPa。而常用的低合金结构钢的屈服点一般为300～700MPa，抗拉强度为400～1000MPa。由于其强度比碳素结构钢高，故称为高强钢。

低合金结构钢由于含碳量限制在0．20%以下，这样就保证其具有良好的塑性、低温韧性和可焊性等。掺入少量合金元素后，可以提高其强度，所以可达到综合性好的效果。

(2)质量轻、降低成本

采用低合金结构钢建造的构件，其质量和所需要的钢材量均比较少，在一般情况下比碳素结构钢减少20%～30%。这样不仅减轻了构件的自重，而且也降低了工程成本，同时也便于运输和安装。

(3)耐蚀性良好

低合金结构钢中加入某些少量元素(如铜、磷等)，不仅能提高钢的强度，而且能提高其耐蚀性。

2．低合金结构钢牌号的表示方法

根据国家标准《低合金高强度结构钢》(GB1591－1994)规定，共分为五个牌号。所加的元素主要有锰、硅、钛、钡、铌、铬、镍及稀土元素。其牌号的表示方法由屈服点字母Q、屈服点数值(MPa)、质量等级三个部分组成。低合金钢高强度结构钢按屈服点数值(MPa)划分为Q295，Q345，Q390，Q420和Q460五个牌号；质量等级分为A，B，C，D，E五个等级，质量按顺序逐级提高。例如，Q295A表示屈服点不低于295MPa的A级低合金高强度结构钢。

我国低合金结构钢编号的方法，是以钢的含碳量及合金元素的种类和数量来表示的。从编号上可以直接看出钢种成分及用途，便于选择和使用。

低合金结构钢编号的原则，是采用“数字+化学元素+数字”的方法。首位数字表示钢的平均含碳量，以万分数表示；中间化学元素表示钢中所含的合金元素，按主次排列；元素后的数字表示该合金元素的含量。若平均含量小于1．5%时，则其后不标数字；若平均含量大于1．5%，而小于2．5%时，在其后标数字2；若平均含量大于2．5%，而小于3．5%时，在其后标数字3，依次类推。

3．低合金结构钢的标准与性能

低合金结构钢的化学成分、力学性能，分别见表8－7和表8－8。

表8－7 低合金高强度结构钢的化学成分(GB1591－1994)

表8－8 低合金高强度结构钢的力学性能(GB1591－1994)

4．低合金高强度结构钢的应用

合金元素加入钢材以后，不仅改变了钢的组织，而且也改变了其技术性能。以相近含碳量(0．14%～0．22%)的18Nb或16Mn(屈服点为345MPa)与Q235(屈服点为235MPa)相比，其屈服点提高了约32%；同时具有较良好的塑性、冲击韧性、可焊性及耐低温、耐蚀性等，在相同的使用条件下，可使碳素结构钢节省钢用量约20%～30%。

碳素结构钢进行合金化，一般是利用铁矿石或废钢中原有的合金元素(如铌、铬等)，或者加入一些廉价的合金元素(如硅、锰等)，在有特殊要求时也可加入少量的合金元素(如钛、钒等)。由于冶炼设备与生产碳素结构钢基本相同，因此成本增加较少。

采用低合金高强度结构钢，不仅可以减轻结构的重量，而且可以延长使用寿命。工程实践证明，对于大跨度、强度要求高的建筑工程，如果采用低合金高强度结构钢，技术经济效果将更加显著。

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