钢材分类及常见特性-钢结构工程常用图表手册

1.碳素结构钢的分类和性质

碳素结构钢是常用的工程用钢，按其含碳量的多少，又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三种。碳的质量分数在0.03%～0.25%范围之内的钢称为低碳钢，碳的质量分数在0.26%～0.60%之间的钢称为中碳钢，碳的质量分数在0.6%～2.0%之间的钢为高碳钢。

建筑钢结构主要使用的钢材是低碳钢。

（1）普通碳素结构钢 按现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T 700—2006）规定，碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。符号为：

Q——钢材屈服强度“屈”字汉语拼音首位字母。

A、B、C、D——分别为质量等级。

F——沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母。

Z——镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母。

TZ——特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母。

在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ”符号可以省略。

碳素结构钢按屈服强度大小，分为Q195、Q215、Q235和Q275等牌号。不同牌号、不同等级的钢对化学成分和力学性能指标要求不同，具体要求见表1-6～表1-8。

（2）优质碳素结构钢 国家标准《优质碳素结构钢》（GB/T 699—1999）中可用于建筑钢结构的牌号、化学成分与力学性能规定见表1-9、表1-10。

2.低合金高强度结构钢的分类和性质

根据国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591—2008）规定，低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母、屈服强度数值、质量等级符号三个部分组成。其化学成分见表1-11所示。

表1-6 碳素结构钢的牌号和化学成分（熔炼分析）

① 经需方同意，Q235B的碳的质量分数可不大于0.22%。

表1-7 碳素结构钢的拉伸试验要求

① Q195的屈服强度值仅供参考，不作交货条件。

② 厚度大于100mm的钢材，抗拉强度下限允许降低20N/mm²。宽带钢（包括剪切钢板）抗拉强度上限不作交货条件。

③ 厚度小于25mm的Q235B级钢材，如供方能保证冲击吸收能量值合格，经需方同意，可不做检验。

表1-8 碳素结构钢弯曲试验要求

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。

表1-9 建筑用优质碳素钢的化学成分（熔炼分析）

表1-10 建筑用优质碳素钢的力学性能

表1-11 低合金高强度结构钢的化学成分（熔炼分析）

（续）

① 型材及棒材P、S的质量分数可提高0.005%，其中A级钢上限可为0.045%。(www.xing528.com)

② 当细化晶粒元素组合加入时，20（Nb+V+Ti）≤0.22%（质量分数），20（Mo+Cr）≤0.30%（质量分数）。

3.耐候钢

通过添加少量的合金元素如Cu、P、Cr、Ni等，使其在金属基体表面上形成保护层，以提高钢材耐大气腐蚀性能的钢称为耐候钢。按照国家标准《耐候结构钢》（GB/T4171—2008）的规定，耐候钢适用于车辆、桥梁、集装箱、建筑、塔架和其他结构用具有耐大气腐蚀性能的热轧和冷轧的钢板、钢带和型钢。耐候钢可制作螺栓连接、铆接和焊接的结构件。

我国目前生产的耐候钢分为高耐候钢和焊接耐候钢两种。

各牌号的分类及用途见表1-12。

表1-12 各牌号的分类及用途

钢的牌号由“屈服强度”、“高耐候”或“耐候”的汉语拼音首位字母“Q”、“GNH”或“NH”、屈服强度的下限值以及质量等级（A、B、C、D、E）组成。其化学成分与力学性能分别符合表1-13、表1-14和表1-15的规定。

表1-13 耐候结构钢的化学成分

① 为了改善钢的性能，可以添加一种或一种以上的微量合金元素（质量分数）：Nb0.015%～0.060%，V0.02%～0.12%，Ti0.02%～0.10%，Alt≥0.020%，若上述元素组合使用时，应至少保证其中一种元素含量达到上述化学成分的下限规定。

② 可以添加下列合金元素（质量分数）：Mo≤0.30%，Zr≤0.15%。

③ Nb、V、Ti等三种合金元素的添加总量不应超过0.22%（质量分数）。

④ 供需双方协商，S的质量分数可以不大于0.008%。

⑤ 供需双方协商，Ni的质量分数的下限可不做要求。

⑥ 供需双方协商，C的质量分数可以不大于0.15%。

表1-14 耐候结构钢的力学性能

注：a为钢材厚度。

① 当屈服现象不明显时，可以采用R_p0.2。

表1-15 耐候结构钢的冲击性能

① 冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm。

② 经供需双方协商，平均冲击能量值可以≥60J。

4.铸钢件

建筑钢结构，尤其在大跨度情况下，有时需用铸钢件的支座，按《钢结构设计规范》（2013年征求意见稿）规定，铸钢材质应符合国家标准《一般工程用铸造碳钢件》（GB 11352—2009）规定，所包括的铸钢牌号的化学成分及其力学性能见表1-16和表1-17所示。

表1-16 一般工程用铸造碳钢件的化学成分（质量分数）%

注：1.对上限减少0.01%（质量分数）的碳，允许增加0.04%（质量分数）的锰，对ZG 200-400的锰最高至1.00%（质量分数），其余四个牌号锰最高至1.20%（质量分数）。

2.除另有规定外，残余元素不作为验收依据。

表1-17 一般工程用铸造碳钢件的力学性能（≥）

注：1.表中所列的各牌号性能，适应于厚度为100mm以下的铸件。当铸件厚度超过100mm时，表中规定的R_eH（R_p0.2）屈服强度仅供设计使用。

2.表中冲击吸收能量A_KU的试样缺口为2mm。