至今为止,我国建筑钢结构采用的钢材仍以碳素结构钢和低合金高强度结构钢为主,尚未形成像桥梁结构钢和锅炉用钢那样的专业用钢标准,但随着建设规模的发展和新型结构的出现,这一情况将逐步有所改变,例如高层建筑钢结构用钢板就颁发了专用标准。
(1)碳素结构钢
碳素结构钢是最普遍的工程用钢,按其含碳量的多少,又可粗略地分成低碳钢、中碳钢和高碳钢。通常把含碳量在0. 03%~0.25%范围内称为低碳钢,含碳量在0. 26%~0.60%之间的称中碳钢,含碳量在0.6%~2.0%的为高碳钢。建筑钢结构主要使用低碳钢。
碳素结构钢分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢采用现行国家标准《碳素结构钢》( GB/T 700-2006)。优质碳素结构钢采用国家标准《优质碳素结构钢》( GB/T 699-1999),因其价格较贵,一般不用于建筑钢结构。
普通碳素结构钢分4个牌号,即Q195、Q215、Q235和Q275,其中Q是代表钢材屈服点的字母,随后的数值表示屈服点的大小,如Q235表示σs=235 N/mm²的钢材。每个牌号内又有不同的质量等级(最多可达四种),表示为A、B、C、D。对钢材脱氧方法也应在质量等级后表明。不同牌号、不同等级的钢材对化学成分和力学性能指标要求不同,具体要求见表2-2~表2-4。
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如下:
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%。
①Q195的屈服强度值仅供参考,不作交货条件。
②厚度大于100 mm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功值合格,经需方同意,可不作检验。
注:1.B-试样宽度;a-钢材厚度(直径)。
2.各牌号A级钢的冷弯试验,在需方有要求时才进行。当冷弯试验合格,抗拉强度上限可以不作为交货条件。
建筑钢结构中应用最多的碳素钢是Q235(即以前标准中的3号钢),也是现行标准中质量等级最齐全的,其质量等级C、D的,不论从其含碳量控制严格程度或对冲击韧性的保证,都优先为焊接结构所采纳使用。
(2)低合金高强度结构钢
低合金高强度结构钢是指在炼钢过程中增添一些合金元素,其总量不超过5%的钢材。加入合金元素后钢材强度可明显提高,使钢结构构件的强度、刚度、稳定三个主要控制指标都能有充分发挥,尤其在大跨度或重负载结构中优点更为突出,一般可比碳素结构钢节约20%左右的用钢量。
低合金高强度结构钢采用国家标准《低合金高强度结构钢》( GB/T 1591-1994),其牌号表示方法与碳素结构钢一致,即由代表屈服点的汉语拼音字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三个部分按顺序排列表示,其牌号共有Q295、Q345、Q390、Q420和Q460五种,随着质量等级的变动,其化学成分和力学性能也有变化,见表2-5~表2-6所示,
注:1.表中的Al为全铝含量。如化验酸溶铝时,其含量应不小于0.010%。
2.Q295的含碳量到0.18%也可交货。
3.不加V、Nb、Ti的Q295级钢,当C≤0. 12%时,Mn含量上限可提高到1.80%。
4.Q345级钢的Mn含量上限可提高到1.70%。
5.厚度≤6mm的钢板、钢带和厚度≤16mm的热连轧钢板、钢带的Mn含量下限可降低0.20%。
6.在保证钢材力学性能符合规定的情况下,用Nb作为细化晶粒元素时,Q345、Q390级钢的Mn含量下限可低于本表的下限含量。
7.除各牌号A、B级钢外,表中细化晶粒元素(V、Nb、Ti、Al)应至少含有一种,如这些元素同时使用则至少应有一种元素含量不低于规定的最小值。
8.为改善钢的性能,Q390、Q420、Q460级钢可加入少量Mo元素。
9.为改善钢的性能,各牌号钢可加入RE元素,加入量按0.02%~0.20%计算。
10.经供需双方协商,Q420级钢可加入N元素,其熔炼分析含量为0.01%~0.020%。
注:Q345级钢其厚度大于35 mm的钢板的伸长率可降低1%(绝对值)。
《钢结构工程施工质量验收规范》( GB 50205-2001)中规定的钢材除碳素结构钢Q235之外,还有低合金高强度结构钢16Mn、15MnV和桥梁用结构钢16Mnq、15MnVq,这些钢种都应按新的标准采用,参见表2-7。
表2-7 低合金高强度结构钢新旧牌号对照
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