土木工程材料的品种繁多，材料的生产、使用、储存都须遵照有关的技术标准执行，对于常用的材料，有关部门制定并发布了相应的技术标准，对其质量、规格、检验方法和验收规范均做了详尽而明确的规定。目前，我国的技术标准分为国家标准、行业标准、地方标准、企业标准四级。其中，“GB”为国家标准的代号，“175”为标准编号，“2007”为标准颁布年代号，“通用硅酸盐水泥”为该标准的技术名称。......
2023-09-01
钢结构材料简介-土木工程材料
【摘要】：Q235良好的塑性能保证钢结构在超载、冲击、焊接、温度应力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能满足一般钢结构用钢的要求。表7.3列出了热轧钢的牌号及化学成分，表7.4列出了热轧钢材的拉伸性能，表7.5列出了热轧钢材的伸长率。表7.3热轧钢的牌号及化学成分注：①公称厚度大于100 mm 的型钢，碳含量可由供需双方协商确定。③只适用于型钢和棒材表7.5热轧钢材的伸长率注：①只适用于质量等级为D的钢板。
1.普通碳素结构钢
普通碳素结构钢又称为普通碳素钢（Carbon structural steels），其含碳量小于0.38%，属于低碳钢。
（1）牌号及其表示方法
根据国标《碳素结构钢》（GB/T 700—2006）规定，其牌号组成分四个部分，即：
Q＋σs＋质量级别＋脱氧方法符号。其中Q表示屈服点的“屈”字汉语拼音首大写字母；σs表示钢的平均屈服强度值。质量级别分为A、B、C、D四种，其中A表示钢材中sω ≤0.050%，pω ≤0.045%；B表示钢材中sω ≤0.045%，pω ≤0.045%；C表示钢材中sω ≤0.040%，≤0.040%；D表示钢材中sω ≤0.035%，pω ≤0.035%。脱氧方法符号有F（沸腾钢）、b（半镇静钢）、Z（镇静钢）和TZ（特殊镇静钢）。一般情况下，Z和TZ可省略不写。例如：Q235AF表示平均屈服点为235 MPa 的A级沸腾钢。
（2）技术标准
国家标准《碳素结构钢》（GB/T 700—2006）对碳素结构钢的化学成分、力学性质及工艺性质作了具体规定。碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能如表7.2所示。
（3）应用
碳素结构钢牌号增大，含碳量增加，其强度增大，但塑性和韧性降低。建筑工程中主要应用Q235号钢。其综合机械性能好，既具有较高强度，又具有较好的塑性和韧性，而且又具有较好的可焊性能，可加工性也较好，冶炼容易，成本较低，是建筑工程中常用的碳素结构钢牌号，大量用来制作钢筋、型钢和板，建造房屋和桥梁等。Q235良好的塑性能保证钢结构在超载、冲击、焊接、温度应力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能满足一般钢结构用钢的要求。其中，Q235A一般用于只承受静荷载作用的钢结构；Q235B适合用于承受动荷载焊接的普通钢结构；Q235C适合用于承受动荷载焊接的重要钢结构；Q235D适合用于低温环境下使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。
Q195、Q215号钢材含碳量很低，强度不高，但具有良好的塑性和焊接性能，主要用于轧制薄板和盘条。Q275属中碳钢，其强度高，但塑性、韧性较差，焊接性和冷弯性不好，可以用于轧制钢筋，做螺栓配件，更多地用于机械零件和工具等。
工程中应根据工程结构的重要性、荷载类型（动或静荷载）、焊接要求及使用环境温度等条件选用钢材。沸腾钢不得用于直接承受重级动荷载的焊接结构，不得用于计算温度不高于－20℃的承受中级或轻级动荷载的焊接结构和承受重级动荷载的非焊接结构，也不得用于计算温度不高于－30℃的承受静荷载或间接承受动荷载的焊接结构。
2.低合金高强度结构钢
低合金结构钢（High strength low alloy structural steels）是普通低合金结构钢的简称，通常是在优质碳素钢的基础上加入一些合金元素而形成的钢种。在我国合金结构钢中，主加元素一般为锰、硅、铬、硼、钒、钛和铌及稀土元素等，它们能显著提高钢材的强度、耐腐蚀性、耐磨性、低温冲击韧性等性能。
表7.2 碳素结构钢牌号、成分及力学性能
（1）牌号及其表示方法
国标《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591—2018）中规定，其牌号由代表屈服强度“屈”字的汉语拼音首字母Q、规定的最小上屈服强度值、交货状态代号、质量等级符号（B、C、D、E、F）四个部分组成。值得注意的是：
①交货状态为热轧时，交货状态代号AR或WAR可省略；交货状态为正火或正火轧制状态时，交货状态代号为均用N表示。
②Q+规定的最小上屈服强度值+交货状态代号，简称为“钢级”。
示例：Q355ND，其中：
Q──钢的屈服强度的“屈”字的汉语拼音首字母；
355──规定的最小上屈服强度值，单位为兆帕（MPa）；
N──交货状态为正火或正火轧制；
D──质量等级为D级。
（2）技术标准
根据国标《低合金高强度结构钢》（GB/T1591—2018）的规定，低合金高强度结构钢根据加工工艺可分为热轧、正火、正火轧制和热机械轧制。
①热轧钢材。
热轧（As-rolled），简称AR或WAR。
钢材未经任何特殊轧制和热处理的状态。表7.3列出了热轧钢的牌号及化学成分，表7.4列出了热轧钢材的拉伸性能，表7.5列出了热轧钢材的伸长率。
表7.3 热轧钢的牌号及化学成分
注：①公称厚度大于100 mm 的型钢，碳含量可由供需双方协商确定。
②公称厚度大于30 mm 的钢材，碳含量不大于0.22%。
③对于型钢和棒材，其磷和硫含量上限值可提高0.005%。
④Q390、Q420最高可到0.07%，Q460最高可到0.11%。
⑤最高可到0.20%。
⑥如果钢中酸溶铝Als 含量不小于0.015%或者全铝Alt 含量不小于0.020%，或添加了其他固氮合金元素，氮元素含量不作限制，固氮元素应在质量证明书中注明。
⑦仅适用于型材和棒材。
表7.4 热轧钢材的拉伸性能
注：①当屈服不明显时，可用规定塑性延伸强度RP0.2代替上屈服强度。
②只适用于质量等级为D的钢板。
③只适用于型钢和棒材
表7.5 热轧钢材的伸长率
注：①只适用于质量等级为D的钢板。
②只适用于型钢和棒材。
②正火和正火轧制钢材。
正火（Normalized），牌号后面加N。
钢材加热到高于相变点温度以上的一个合适的温度，然后在空气中冷却至低于某相变点温度的热处理工艺。
正火轧制（Normalizing rolling），牌号后面加N。
在一定温度范围内进行最终变形的一种轧制方法。它能使材料的状态与补充正火处理的相同，其机械性能的规定值也与补充正火的一样。表7.6列出了正火和正火轧制钢的牌号及化学成分和表7.7列出了正火和正火轧制钢拉伸性能。
表7.6 正火、正火轧制钢的牌号及化学成分
注：①对于型钢和棒材，其磷和硫含量上限值可提高0.005%。
②V+Nb+Ti≤0.22%，Mo+Cr≤0.22%。
③最高可到0.20%。
④可用全铝Alt 替代，此时全铝最小含量为0.020%。当钢中添加了铌、钒、钛等细化晶粒元素且含量不小于表中规定含量的下限时，铝含量下限值不限。
③热机械轧制钢材。
热机械轧制（Thermomechanical processed），牌号后面加M。
钢材的最终变形在一定温度范围内进行的轧制工艺，从而保证钢材获得仅通过热处理无法获得的性能。
表7.8列出了热机械轧制钢的牌号及化学成分和表7.9列出了热机械轧制钢材的拉伸性能。
与碳素结构钢相比，由于合金元素的加入，起到细化晶粒和固溶强化的作用，故低合金高强度结构钢具有较高的强度和较好的塑性、韧性，因此综合性能好，而且焊接性和耐低温性较好，时效敏感性较小。又由于二者成本相近，故在相同的使用条件下，采用低合金高强度结构钢可以节省钢材用量20%～30%，而且还可减轻结构自重，同时还具有良好的塑性、韧性、可焊性、耐磨性、耐蚀性、耐低温性等。
表7.7 正火、正火轧制钢材的拉伸性能
注：正火状态包含正火加回火状态。
①当屈服不明显时，可用规定塑性延伸强度RP0.2代替上屈服强度ReH。
表7.8 热机械轧制钢的牌号及化学成分
续表
注：①对于型钢和棒材，其磷和硫含量上限值可提高0.005%。
②最高可到0.20%。
③可用全铝Alt 替代，此时全铝最小含量为0.020%。当钢中添加了铌、钒、钛等细化晶粒元素且含量不小于表中规定含量的下限时，铝含量下限值不限。
④对于型钢和棒材，Q355M、Q390M、Q420M和Q460M的最大碳含量可提高0.02%。
表7.9 热机械轧制钢材的拉伸性能
续表
注：热机械轧制（TMCP）状态包含热机械轧制（TMCP）加回火状态。
①当屈服不明显时，可用规定塑性延伸强度RP0.2代替上屈服强度ReH。
②对于型钢和棒材，厚度或直径不大于150 mm
（3）应用
低合金高强度结构钢具有轻质高强，耐蚀性、耐低温性好，抗冲击性强，使用寿命长等良好的综合性能，具有良好的可焊性及冷加工性，易于加工与施工。因此，低合金高强度结构钢主要轧制成各种型钢、钢板、钢管及钢筋，广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构，尤其是预应力钢筋混凝土结构中，特别适用于各种重型结构、高层建筑结构、大跨度结构、大柱网结构及桥梁工程等。
3.型钢、钢板和钢管
碳素结构钢和低合金钢还可以加工成各种型钢、钢板和钢管等构件直接用于工程，构件可采用铆接、螺栓连接和焊接等方式进行连接。
（1）型钢
型钢有热轧和冷轧两种成型方式。热轧型钢主要有角钢、工字钢、槽钢、H型钢、T型钢及Z型钢等，如图7.10所示。以碳素钢为原料热轧加工的型钢，可用于大跨度、承受动荷载的钢结构。冷轧型钢主要有角钢、槽钢等开口薄壁型钢及方形、圆形等空心薄壁型钢，主要用于轻型钢结构。
图7.10 热轧型钢
（2）钢板
钢板也有热轧和冷轧两种成型形式。热轧钢板有厚板（厚度大于4 mm）和薄板（厚度小于4 mm）两种，冷轧钢板只有薄板（厚度0.2～4 mm）一种。一般厚板用于焊接结构；薄板可用作屋面及墙体围护结构等，也可进一步加工成各种具有特殊用途的钢板使用。
（3）钢管
钢管分为无缝钢管和焊接钢管两种，如图7.11所示。
图7.11 钢管
焊接钢管采用优质带材焊接而成，表面镀锌或不镀锌。按其焊缝形式可分为直纹焊管和螺纹焊管。焊接成本低，易加工，但一般抗压性能较差。
无缝钢管多采用热轧、冷拔联合工艺生产，也可采用冷轧方式生产，但成本较高。热轧无缝钢管具有良好的力学性能与工艺性能。无缝钢管主要用于压力管道。
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