建筑材料-钢结构用钢材

钢结构是用各种型钢、钢板，经焊接、铆接或螺栓连接而成的工程结构，如厂房、桥梁等。水工钢结构主要有钢闸门及压力钢管等。

钢结构的特点如下：

1）构件尺寸大，形状复杂，不可能对其进行整体热处理，钢材必须在供货状态下直接工作。

2）构件在制作过程中，常需经冷弯、焊接等，要求钢材可焊性好，冷加工时效敏感性小。

3）结构暴露于自然环境，尤其是水工钢结构多处于潮湿、腐蚀或低温条件下工作，要求钢材具有在所处环境下的可靠性及耐久性。

6.6.1.1　常用钢结构用钢的牌号及性能

（1）碳素结构钢。

碳素结构钢又称普通碳素结构钢。国家标准 《碳素结构钢》（GB 700—2006）将碳素结构钢以其力学性能划分为不同牌号。牌号的表示方法由字母Q、屈服点值 （以MPa计）、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号 （F—沸腾钢；Z—镇静钢；TZ—特殊镇静钢；Z及TZ予以省略）四部分组成。例如，Q235AF即为屈服点不低于235MPa、A级质量、沸腾钢的碳素结构钢。碳素结构钢的化学成分、力学性能及冷弯性能应分别符合表6.1、表6.2、表6.3的规定。

碳素结构钢牌号由Q195～Q275时，钢的含C量逐渐增多，强度提高，塑性降低，冷弯及可焊性下降。质量等级由A～D时，钢的含C量逐渐降低，钢中有害杂质S、P含量逐渐减少，低温冲击韧性改善，质量提高。

Q195及Q215钢的强度低；Q275钢虽然强度高，但塑性及可焊性较差；Q235钢既有较高的强度，又有较好的塑性及可焊性，是建筑工程中应用广泛的钢种。

表6.1　碳素结构钢的牌号和化学成分 （GB/T 700—2006）（熔炼分析）

① 表中为镇静钢、特殊镇静钢牌号的统一数字，沸腾钢牌号的统一数字代号为：Q195F—U11950；Q215AF—U12150，Q215BF—U12153；Q235AF—U12350，Q235BF—U12353；Q275AF—U12750。
② 经需方同意，Q235B的碳含量可不大于0.22%。

表6.2　碳素结构钢的力学性能（GB /T 700—2006）

① Q195的屈服强度值仅供参考，不做交货条件。
② 厚度大于100mm的钢材，抗拉强度下降允许降低20N/mm2。宽带钢（包括剪切钢板）抗拉强度上限不做交货条件。
③ 厚度小于25mm的Q235B级钢材，如供方能保证冲击吸收功值合格，经需方同意，可不做检验。

表6.3　碳素结构钢冷弯性能 （GB/T 700—2006）（冷弯试验180°B=2a）

注 1.B 为试样宽度，a为试样厚度 （或直径）。
2.钢材厚度 （或直径）大于100mm时，弯曲试验由双方协商确定。

（2）低合金高强度结构钢及高强度结构用调制钢板。

低合金高强度结构钢是在碳素钢的基础上，加入适量的合金元素冶炼而成的。它比碳素结构钢具有更高的屈服强度，同时还有良好的塑性、冷弯性、可焊性、耐腐蚀性和低温冲击韧性，更适用于大跨度钢结构及大型水工建筑物。

根据国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591—2008），低合金高强度结构钢牌号表示方法与碳素结构钢相似 （其质量等级分为五级）。各牌号钢的化学成分和力学性能分别符合表6.4、表6.5和表6.6的规定。

近年来为满足工程日益向高参数、轻量化、大型化发展的要求，生产了经热处理的高强度结构用调制钢板。根据 《高强度结构用调制钢板》（GB/T 16270—2009），各牌号钢的化学成分和力学性能分别符合表6.7和表6.8的规定。

（3）优质碳素结构钢及合金结构钢。

优质碳素结构钢是生产过程中对质量控制较严（如控制S＜0.035%、P＜0.035%），质量较稳定的碳素钢。根据国家标准《优质碳素结构钢》（GB/T 699-1999）的规定，按其含Mn量不同，分为普通含Mn量（含Mn＜0.8%）和较高含Mn量（含Mn0.7%～1.2%）两组，其质量等级分为优质钢、高级优质钢及特级优质钢三级。优质碳素结构钢牌号用含C量多少（以万分计的两位数表示）来表示。对较高含Mn量者在其后加 “Mn”，对沸腾钢在其后面加“F”。例如08F钢，即为平均含C为0.08%、含Mn＜0.8%的沸腾钢。又如25Mn钢，即为平均含C为0.25%、含Mn0.7%～1.2%的镇静钢。在优质钢牌号后加“A”即为高级优质钢，加 “E”即为特级优质钢。例如，25MnA。

合金结构钢是合金元素含量较高的钢。根据国家标准《合金结构钢》（GB/T 3077-1999），合金结构钢牌号表示方法，由含C量及主要合金元素符号组成。前两位数字代表平均含C量（以万分计），其后标写主要合金元素符号。若该元素平均含量小于1.5%时只标写元素符号；若元素平均含量为1.5%～2.49%，则在元素符号后加注“2”；若元素平均含量为2.5%～3.49%时，在元素符号后加注“3”；余类推。如35Mn2、40Cr、34CrNi3Mo、45Si2MnV等。

表6.4　低合金高强度结构钢的化学成分（GB /T 1591-2008）　%

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续表

注1.型材及棒材P 、S含量可提高0.005%，其中A 级钢上限可为0.045%。
2.当细化晶粒元素组合加入时，20（Nb +V +T i ）≤0.22%，20（Mo +C r ）≤0.30%。

表6.5　低合金高强度结构钢的拉伸性能（GB /T 1591-2008）

续表

注 1.当屈服不明显时，可测量Rp0，2代替下屈服强度。
2.宽度不小于600mm扁平材，拉伸试验取横向式样；宽度小于600mm的扁平材、型材及棒材取纵向式样，断后伸长率的最小值相应提高1% （绝对值）。
3.厚度250 （不含）～400mm的数值适用于扁平材。

表6.6　夏比 （V形）冲击试验的试验温度和冲击吸收能量 （GB/T 1591—2008）

① 冲击试验取纵向试样。

优质碳素结构钢及合金结构钢，是用于机械结构的主要钢种，在建筑工程及水工钢结构中，常用来加工制作各种轴、杆、铰、高强螺栓等受力构件，以及钢铸件。

（4）专门用途钢。

专门用途钢是在低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢及合金结构钢基础上，适当调整合金元素，严格控制S、P含量，改善质量等级，使钢材性能满足特定要求的钢种。其牌号的表示方法是在基础钢牌号后面加上专门符号。例如，q表示桥梁用钢，如Q345q；R表示压力容器用钢，如Q345R；DR表示低温压力容器用钢，如16MnDR；NH表示耐候钢^[1]，如Q295NH；GNH表示高耐候钢，如Q295GNH等。

6.6.1.2　建筑工程及水工钢结构钢材的选用

一般建筑工程钢结构，主要选用碳素结构钢Q235- A、Q235-B及低合金高强度结构钢Q345-A、Q345-B等。有特殊要求时，应选用专门用途钢，如承受动荷时用桥梁钢或C、D质量等级的低合金高强度结构钢，严寒地区应选用低温压力容器用钢，露天结构或大气腐蚀较严重地区应选用耐候钢或合金结构钢。

表6.7　高强度结构用调制钢板各牌号钢的化学成分（GB /T 16270—2009）　%

① 根据需要生产厂可添加其中一种或几种合金元素，最大值应符合表中规定，其含量应在质量证明书中报告。钢中至少添加Nb、Ti、V、Al中的一种细化晶粒元素，其中至少一种元素的最小量为0.015% （对于Al为Als）。也可用Alt替代Als，此时最小量为0.018%。
② CEV=C+Mn/6+ （Cr+Mo+V）/5+ （Ni+Cu）/15。

表6.8　高强度结构用调制钢板各牌号钢的力学性能（GB /T 16270—2009）

续表

①、② 拉伸试验适用于横向试样，冲击试验适用于纵向试样。
③ 当屈服现象不明显时，采用RP0.2。

水工钢结构所用钢材，应根据结构种类、工作性质、运行操作条件、结构连接方式及工作环境温度等，并根据《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74—2013）的规定选择相应的钢材的品种和牌号。

水电站压力钢管的受力条件可归属于大直径的压力容器，可根据 《压力钢管制造安装及验收规范》（DL5017-2007），按需要选择压力容器用钢板及经调质热处理的高强结构钢钢板。根据《水电站压力钢管设计规范》（SL281—2003），按需要选择钢管的支承环、岔管加强构件等。

严寒地区的水工钢结构，应用强度较高、可焊性好、冲击韧性好和脆性转变温度低的钢材，根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》（SL211-2006），在负温下操作或工作的闸门门叶、起吊杆、自动挂脱梁、销锭梁等，应选用耐低温钢材。