鋼材的技術標準與選用.doc

鋼材的技術標準與選用鋼材的技術標準與選用鋼材的技術標準與選用鋼材可分為鋼筋混凝土結構用鋼和鋼結構用鋼兩大類。一、主要鋼種（一）碳素結構鋼1碳素結構鋼的牌號及其表示方法。根據(jù)國家標準碳素結構鋼（GB700-88）規(guī)定，碳素結構鋼分5個牌號，即Q195、Q215、Q235、Q255和Q275。按其硫、磷雜質含量由多到少分為A、B、C、D 4個質量等級。碳素結構鋼的牌號表示是由代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值、質量等級（A、B、C、D）、脫氧程度（F、b、Z、TZ）等4個部分按順序組成。鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼在鋼的牌號中Z和TZ予以省略。如Q235-AF，表示此碳素結構鋼是屈服點為235MPa的A級沸騰鋼；Q235C，表示此碳素結構鋼是屈服點為235MPa的C級鎮(zhèn)靜鋼。2碳素結構鋼的技術要求。按照國家標準碳素結構鋼（GB700-88）規(guī)定，碳素結構鋼的技術要求如下：（1）化學成分：各牌號碳素結構鋼的化學成分應符合表6-1的規(guī)定。（2）力學性能碳素結構鋼的強度、沖擊韌性等指標應符合表6-2的規(guī)定，冷彎性能應符合表6-3的要求。表6-1 碳素結構鋼的化學成分牌號 Mn Si S P 等級 化學成分（%） 脫氧方法 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級沸騰鋼的錳含量上限為0.60%表6-2 碳素結構鋼的力學性能牌號 等級 拉伸試驗 沖擊試驗 屈服點 （MPa） 抗拉強度 （MPa） 伸長率 （%） 溫度（） V型沖擊功（縱向）（J） 鋼材厚度（直徑） 鋼材厚度（直徑）（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 碳素結構鋼的冷彎性能牌號 試樣方向 冷彎試驗（B=2a，180） 鋼材厚度（直徑）（mm） 60 60100 100200 彎心直徑dQ195 縱 0 橫 0.5a Q215 縱 0.5a 1.5a 2a 橫 a 2a 2.5aQ235 縱 a 2a 2.2a 橫 1.5a 2.5a 3aQ255 2a 3.5a 3a 3.5aQ275 3a 4.5a 4a 4.5a注：B為試樣寬度，a為鋼材厚度（直徑）。從表6-1、表6-2和表6-3可以看出，碳素結構鋼隨著牌號的增大，其含碳量和含錳量增加，強度和硬度提高，而塑性和韌性降低，冷彎性能逐漸變差。3碳素結構鋼的應用。土木工程中應用最廣泛的碳素結構鋼是Q235，由于其具有較高的強度，良好的塑性、韌性及可焊性，綜合性能好，故能較好地滿足一般鋼結構和鋼筋混凝土結構的用鋼要求，且成本較低。用Q235鋼大量軋制成各種型鋼、鋼板及鋼筋。其中Q235-A級鋼，一般僅適用于承受靜荷載作用的結構；Q235-C和Q235-D級鋼，可用于重要的焊接結構。Q195、Q215鋼，強度低，塑性和韌性較好，具有良好的可焊性，易于冷加工，常用作鋼釘、鉚釘、螺栓及鋼絲等，也可用作軋材用料。Q215鋼經(jīng)冷加工后可代替Q235鋼使用。Q255、Q275鋼，強度較高，但塑性、韌性和可焊性較差，不易焊接和冷彎加工，可用于軋制鋼筋、制作螺栓配件等，但更多用于機械零件和工具等。（二）優(yōu)質碳素結構鋼1、 優(yōu)質碳素結構鋼的分類：按冶金質量等級分為：優(yōu)質鋼高級優(yōu)質鋼 A特級優(yōu)質鋼 E按使用方法分為：a） 壓力加工用鋼 UP熱壓力加工用鋼 UHP頂鍛用鋼 UF冷拔坯料用鋼 UCDb） 切削加工用鋼 UC2、 優(yōu)質碳素結構鋼的牌號根據(jù)國家現(xiàn)行標準優(yōu)質碳素結構鋼（GB/T 6991999）的規(guī)定，共有31個牌號，其牌號由數(shù)字和字母兩部分組成。兩位數(shù)字表示平均碳含量的萬分數(shù)；字母分別表示錳含量、冶金質量等級、脫氧程度。錳含量為0.250.80時，不注“Mn”；錳含量為0.701.2時，兩位數(shù)字后加注“Mn”。如果是高級優(yōu)質碳素結構鋼，應加注“A”，如果是特級優(yōu)質碳素結構鋼，應加注“E”。對于沸騰鋼，牌號后面為“F”；對于半鎮(zhèn)靜鋼，牌號后面為“b”。例如：15F即表示碳含量為0.120.18，錳含量為0.250.50，冶金質量等級為優(yōu)質，脫氧程度為沸騰狀態(tài)的優(yōu)質碳素結構鋼。優(yōu)質碳素結構鋼的特點是生產(chǎn)過程中對硫、磷等有害雜質控制較嚴（優(yōu)質鋼：P0.035，S0.035；高級優(yōu)質鋼：P0.030，S0.030；特級優(yōu)質鋼：P0.025，S0.020）。一般都用平爐、氧氣堿性轉爐或電弧爐冶煉，脫氧程度大部分為鎮(zhèn)靜狀態(tài)，因此質量較穩(wěn)定。合金元素主要有：錳（含Mn在0.251.2），硅（08F鋼含Si0.03、10F鋼和15F鋼含Si0.07、其他28個牌號的鋼含Si在0.170.37），鉻（08F鋼和08號鋼含Cr0.1、10F鋼和10號鋼含Cr0.15、其他27個牌號的鋼含Cr0.25），鎳（含Ni0.30），銅（含Cu0.25）。優(yōu)質碳素結構鋼的力學性能主要取決于碳含量，碳含量高則強度也高，但塑性和韌性降低。在土木工程中，優(yōu)質碳素結構鋼主要用于重要結構的鋼鑄件及高強螺栓，常用的是3045號鋼；用于碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線，通常用的是6580號鋼。（三）低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼是在碳素結構鋼的基礎上，加入少量的一種或幾種合金元素制成的一種結構鋼。1低合金高強度結構鋼的牌號及其表示方法。根據(jù)國家標準低合金高強度結構鋼（GB1591-1994）規(guī)定，共有5個牌號，即Q295、Q345、Q390、Q420和Q460。所加入元素主要有錳、硅、釩、鈦、鈮、鉻、鎳及稀土元素。其牌號的表示是由屈服點字母Q、屈服點數(shù)值、質量等級（A、B、C、D、E）3個部分組成。2低合金高強度結構鋼的技術要求及應用。按照國家標準低合金高強度結構鋼（GB1591-1994）規(guī)定，低合金高強度結構鋼的化學成分與力學性能應符合表6-4和表6-5的要求。表6-4 低合金高強度結構鋼的化學成分牌號 質量等級 化學成分（%） 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為全鋁含量。如化驗酸熔鋁時，其含量應不小于0.010%。表6-5 低合金高強度結構鋼的力學性能牌號 質量等級 屈服點 （MPa） 抗拉強度 （MPa） 伸長率 （%） 沖擊功（Akv）（縱向）（J） 180彎曲試驗d.彎心直徑；a.試件厚度（直徑） 厚度（直徑、邊長） +20 0 -20 -40 15 1635 3550 50100 鋼材厚度（直徑） 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低合金高強度結構鋼與碳素結構鋼相比，具有較高的強度，綜合性能好，所以在相同使用條件下，可比碳素結構鋼節(jié)省用鋼20%30%，對減輕結構自重有利。同時還具有良好的塑性、韌性、可焊性、耐磨性、耐蝕性、耐低溫性等性能。低合金高強度結構鋼主要用于軋制各種型鋼、鋼板、鋼管及鋼筋，廣泛用于鋼結構和鋼筋混凝土結構中，特別適用于各種重型結構、高層結構、大跨度結構及橋梁工程等。（四）合金結構鋼1、合金結構鋼的牌號及其表示方法根據(jù)國家標準合金結構鋼（GB/T 30771999）規(guī)定，合金結構鋼共有77個牌號，通常以熱軋或熱鍛狀態(tài)供應，也可以熱處理（退火、正火或高溫回火）狀態(tài)供應，產(chǎn)品型式多為圓鋼、方鋼、扁鋼、六角鋼等。合金結構鋼的牌號表示按順序由兩位數(shù)字、合金元素符號、合金元素平均含量、冶金質量等級等四部分組成。兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù)；當含硅量的上限0.45或含錳量的上限0.9時，不加注Si或Mn，其他合金元素無論含量多少均加注合金元素符號；合金元素平均含量1.5者不加注，合金元素平均含量為1.502.49、2.503.49、3.504.49時，在合金元素符號后面分別加注2、3、4；優(yōu)質鋼不加注，高級優(yōu)質鋼加注“A”，特級優(yōu)質鋼加注“E”。例如20Mn2，它表示平均含碳量為0.20、含硅量上限0.45、平均含錳量為0.152.49的優(yōu)質合金結構鋼。2、合金結構鋼的性能及應用合金結構鋼的分類與優(yōu)質碳素結構鋼的分類相同。合金結構鋼的特點是所有合金結構鋼中均含有Si和Mn，生產(chǎn)過程中對硫、磷等有害雜質控制嚴格（優(yōu)質鋼：P0.035、S0.035；高級優(yōu)質鋼：P0.025、S0.025；特級優(yōu)質鋼：P0.025、S0.015），并且均為鎮(zhèn)靜鋼，因此質量穩(wěn)定。合金結構鋼與碳素結構鋼相比，具有較高的強度和較好的綜合性能，即具有良好的塑性、韌性、可焊性、耐低溫性、耐銹蝕性、耐磨性、耐疲勞性等性能，有利于節(jié)省用鋼和增長結構使用壽命。構合金結構鋼主要用于軋制各種型鋼（角鋼、槽鋼、工字鋼）、鋼板、鋼管、鉚釘、螺栓、螺帽及鋼筋，特別是用于各種重型結構、大跨度結構、高層結構等，其技術經(jīng)濟效果更為顯著。 二、鋼筋混凝土結構用鋼鋼筋混凝土結構用鋼，主要由碳素結構鋼和低合金結構鋼軋制而成，主要有熱軋鋼筋、冷加工鋼筋、熱處理鋼筋、預應力混凝土用鋼絲和鋼絞線等。按直條或盤條（也稱盤圓）供貨。（一）鋼筋混凝土用鋼筋鋼筋混凝土用鋼筋，根據(jù)其表面形狀分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋兩類。帶肋鋼筋有月牙肋鋼筋和等高肋鋼筋等，見圖6-5。按標準規(guī)定，鋼筋拉伸、冷彎試驗時，試樣不允許進行車削加工。計算鋼筋強度時鋼筋截面面積應采用其公稱橫截面積。 圖6-5 帶肋鋼筋1鋼筋混凝土用熱軋直條光圓鋼筋。根據(jù)鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋（GB13013-1991）的規(guī)定，熱軋直條光圓鋼筋的力學性能和工藝性能應符合表6-6的規(guī)定。鋼筋級別 強度等級代號 牌 號 公稱直徑a （mm） 屈服點 （MPa） 抗拉強度 （MPa） 伸長率 （%） 冷彎試驗（180）彎心直徑（d） 不 小 于 R235 Q235 820 235 370 25 d=a2低碳鋼熱軋盤條光圓鋼筋。根據(jù)低碳鋼熱軋圓盤條（GB/T701-1997）的規(guī)定，土木工程用低碳鋼熱軋盤條光圓鋼筋的力學性能和工藝性能應符合表6-7的規(guī)定。表6-7 盤條光圓鋼筋的力學性能、工藝性能牌 號 屈服點 （MPa） 抗拉強度 （MPa） 伸長率 （%） 冷彎試驗（180）彎心直徑（d）（a.鋼筋公稱直徑）Q215（A、B、C） 215 375 27 d=0Q235（A、B、C） 235 410 23 d=0.5a3.鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋。根據(jù)鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋（GB1499-1998）的規(guī)定，熱軋帶肋鋼筋的力學性能和彎曲性能分別應符合表6-8和表6-9的規(guī)定。表6-8 熱軋帶肋鋼筋的力學性能牌號 公稱直徑（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 熱軋帶肋鋼筋的牌號是由HRB和屈服點最小值組成。其中H、R、B分別為熱軋（Hot rolled）、帶肋（Ribbed）、鋼筋（Bars）3個詞的英文首位字母。 若檢驗鋼筋在最大力下的總伸長率 ，則 不應小于2.5%。在最大力作用下的試樣總伸長率 （%），可按公式6-3計算： （6-3）式中：L試樣斷裂后測量區(qū)標記間的距離（mm）；L0試驗前測量區(qū)標記間的距離（mm）； 抗拉強度（MPa）；E彈性模量，其值可取為2105MPa。 根據(jù)需要，可使用滿足下列條件的鋼筋： （1）鋼筋實測抗拉強度與實測屈服點之比不小于1.25； （2）鋼筋實測屈服點與表6-8規(guī)定的最小屈服點之比不大于1.30。 表6-9 熱軋帶肋鋼筋的彎曲性能牌 號 公稱直徑a（mm） 彎曲試驗（180）；彎曲直徑dHRB335 625 3a 2850 4aHRB400 625 4a 2850 5aHRB500 625 6a 2850 7a光圓鋼筋是用Q215或Q235碳素結構鋼軋制而成的鋼筋。其強度較低，塑性及焊接性能好，伸長率高，便于彎折成型和進行各種冷加工，廣泛用于普通鋼筋混凝土構件中，作為中小型鋼筋混凝土結構的主要受力鋼筋和各種鋼筋混凝土結構的箍筋等。 帶肋鋼筋是用低合金鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼軋制成的鋼筋，其強度較高，塑性和焊接性能較好，因表面帶肋，加強了鋼筋與混凝土之間的粘結力，廣泛用于大、中型鋼筋混凝土結構的受力鋼筋，經(jīng)過冷拉后可用作預應力鋼筋。 （二）冷軋帶肋鋼筋 冷軋帶肋鋼筋是由熱軋圓盤條為母材，經(jīng)冷軋減徑后在其表面冷軋成二面或三面橫肋（月牙肋）的鋼筋，見圖6-6。圖6-6 冷軋帶肋鋼筋橫截面上月牙肋分布情況1牌號。根據(jù)國家標準冷軋帶肋鋼筋（GB13788-2000）的規(guī)定，冷軋帶肋鋼筋按抗拉強度最小值可分為五級牌號，即CRB550、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170，其中C、R、B分別表示“冷軋”、“帶肋”、“鋼筋”的英文首位字母，后面的數(shù)字表示鋼筋抗拉強度最小數(shù)值。 2技術性能。冷軋帶肋鋼筋的化學成分、力學性能和工藝性能應符合國家標準冷軋帶肋鋼筋（GB13788-2000）的有關規(guī)定。力學性能和工藝性能要求見表6-11。表6-11 冷軋帶肋鋼筋的力學性能和工藝性能牌號 反復彎曲次數(shù) 抗拉強度 （MPa）不小于 伸長率（%）不小于 冷彎（180）彎心直徑（D）（d為鋼筋公稱直徑） 初始應力松弛（ =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）預應力混凝土用熱處理鋼筋預應力混凝土用熱處理鋼筋是由熱軋螺紋鋼筋（即普通熱軋中碳低合金鋼筋）經(jīng)淬火和回火等調質處理制成。1代號和外形。代號為RB150，數(shù)字表示抗拉強度等級數(shù)值。外形按其螺紋外形分為縱肋和無縱肋兩種。2技術性能。根據(jù)預應力混凝土用熱處理鋼筋（GB4463-1992）規(guī)定，其力學性能應符合表6-12的要求。表6-12 預應力混凝土用熱處理鋼筋的力學性能牌號 牌號 屈服強度（MPa） 抗拉強度（MPa） 伸長率 （%） 不小于6 40Si2Mn 1325 1470 68.2 48Si2Mn 10 45Si2Mn 3應用。預應力混凝土用熱處理鋼筋具有高強度、高韌性和高握裹力等優(yōu)點，主要用于預應力混凝土橋梁軌枕，還用于預應力梁、板結構及吊車梁等。 預應力混凝土用熱處理鋼筋成盤供應，開盤后能自行伸直，不需調直和焊接，施工方便，且節(jié)約鋼材。 （四）預應力混凝土用鋼絲 預應力混凝土用鋼絲是應用羅素體盤條制作，經(jīng)冷拉或冷拉后消除應力處理制成。 根據(jù)預應力混凝土用鋼絲（GB/T5223-2002）規(guī)定：按加工狀態(tài)分為冷拉鋼絲（代號為WCD）和消除應力鋼絲兩種；按外形分為光面鋼絲（代號為P）、螺旋肋鋼絲（代號為H）和刻痕鋼絲（代號為I）三種；按松弛性能分為低松弛鋼絲（代號為WLR）和普通松弛鋼絲（代號為WNR）兩種。 冷拉鋼絲、消除應力光圓及螺旋肋鋼絲、消除應力刻痕鋼絲的力學性能應符合表6-14、表6-15、表6-16的規(guī)定。表6-14 冷拉