《碳素结构钢》(GB700—88)标准.pdf

碳素结构钢(GB70088)标准 编制情况综述 唐一凡(冶金工业信息标准研究院 北京 100730)摘要：重点介绍碳素结构钢(GB700-88)修订的必要性，介绍修订后的标准，并进行评述。(GB70088)对原普碳钢标准是一次大的改革，采用了国际先进标准和国外技术路线，提锰降碳，减少磷硫含量；分质量等级，按不同质量等级分别规定不同的化学成分和性能指标，提高了基础标准的通用性，适应市场经济发展需要；钢的牌号表示方法改为用屈服点、质量等级、脱氧程度表示，反映了工程结构钢的特点，便于使用选材。新标准与国际接轨，便于与国际进行技术交流和我国产品进入国际市场。关键词：碳素结构钢 标准 修订 A COMPILATION SUMMARY OF“CARBON STRUCTURAL STEEL”(GB70088)Tang yifan(Information Standard Institute of Ministry of Metallurgical Industry Beijing 100730)ABSTRACT This paper highlights the necessity of revising“Carbon Structural Steel”(GB700-88)，introduces the revised standards and gives a reviewThe content of Mn is raised and the contents of C,P and S are decreased using the international advanced standards and the foreign technical line The different chemical composition and performance index are specified according t0 different quality classifications，which can meet the development market economyThe yield point,quality grade and deoxidation are used to express the brands Of steels，which reflects the features Of engineering structural steelsThe new standards are also favorable for technical exchange internationally for Chinas products to enter international market KEY WORDS carbon structural steel standard revision 普通碳素钢量大面广，占钢总产量 75左右，广泛用于国民经济各个部门。其标准水平高低，不仅关系到整个钢铁企业产品质量、技术进步，也影响到各类应用工程的质量与技术水平。我国最早的普碳钢标准是完全照用前苏联的标准，后虽几经修改，但到 1979 年及以前的标准始终未能脱离苏标的框框，标准水平落后。把普碳钢分为甲、乙、特等 3 类，可以随便改钢；一个牌号只有一种成分，一种性能，不能满足不同的使用要求，特别是重要结构用钢的要求；钢材厚度(或直径)大小分档与性能(屈服点、延伸率和冷弯)的关系不合理；牌号的表示方 法，既没有反映出钢材的主要性能，和化学成分也没有挂上钩，不直观、不科学、也不便使用选材；钢材的基本保证条件中没有冲击韧性指标，而这是重要结构必须保证的性能项目；此外旧标准的规定与国际标准不接轨、不协调，也很不利于开放与交流。为此，按照国家标准要与国际标准接轨的方针，1987 年对普碳钢标准进行了重大的修订，以 IS0630 一 1987 标准为主要参照，同时吸取相应国外标准的优点，并注意结合国情，保留自身特点，修订后的标准，即碳素结构钢(GB70088)，从形式到内容都有很大变化，采用了国外技术路线，与国际接轨，标准水平有了显著提高。多年来应用，均有良好的反映与评价。l 内容与适用范围 GB70088 标准名称改为碳素结构钢，不但名称与过去不同，内容也有很大变化，既包含普通钢，也包含优质钢，如 Q235的 C、D 级钢即属优质钢，其 P、S 含量分别不大于 0.04和 0.035，体现了标准水平的提高。旧标准对适用范围规定得较简单，不便理解与应用，新 GB700 对选用范围作了较明确规定，有如下 4 点：建筑钢材的应用现状及展望(1)本标准钢号主要用作工程用和一般结构用钢，德、法国标准包括类似国内原 5、6、7 号钢。在本标准的适用范围中规定也适用于一般机械结构，如 Q275 牌号。(2)本标准钢号可作为焊接和栓接结构用钢。从标准中所列各牌号及质量等级，化学成分，C、Mn、P、S 等含量可以看出包括这几方面的使用方法。一般认为含 C 量熔炼成分不超过 0.22，加上成品成分偏差，成品含 C 量不超过 0.25，适于作 (3)本标准钢号一般在热轧状态下交货和使用。为了消除钢材的应力，使质量均匀，改善性能，满足重要工程和结构使用要求，可进行正火处理。一般不进行其他的热处理。(4)本标准钢在品种方面，适用的范围有钢板、钢带、型钢，钢板包括薄板和厚板，对薄板有的性能指标不完全适用，如伸长率，薄板比厚板低，在薄板标准中规定了降低值。型钢包括方、圆、扁、工、槽、角和其他异型钢，还有线材(盘条)。管材适用于焊管(但伸长率要降低较多)，无缝管不完全适用。同时，本标准钢不适用于以下用钢：锅炉及压力容器钢，冲压的薄板、特种性能板、冷拔材、冷加工管材，热处理结构钢等。旧标准适用尺寸规格范围比较小，条钢(直径或厚度)到100mm，异型钢厚度到20mm，钢板厚度只到 40mm，远不能满足使用要求，新标准不分产品，钢材厚度(或直径)都扩大到 200mm，与 ISO 标准一样，达到各国规定的尺寸规格范围。2 牌号表示方法 新标准对钢的牌号表示方法作了很大改变，参照国外经验，并考虑到国内习惯，以及一般设计主要以盯。作为工程结构受力的计算依据。我们采用 ISO 和 NF 标准的表示方法，即用 s来表示。国内低合金结构钢强度级别就是用 s表示的。新标准牌号表示方法是由代表屈服强度的字母、屈服强度值、质量等级符号、脱氧方法字母等四个部分按顺序组成。例如，老牌号 3 号钢新牌号是 Q235，后面用 A、B、C、D 表示四种不同质量等级，各级钢对化学成分(C、Mn、P、S)和冲击性都有不同要求，在质量等级后面用 F、b、Z、TZ 分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢等四种不同的脱氧程度。镇静和特殊镇静钢的代号“Z”、“TZ”可以省略，C 级钢为镇静钢、D 级钢为特殊镇静钢，脱氧方法的代号也可以省略。以 Q235 为例：Q235-A 即为 Q235 A 级镇静钢 Q235-A-F 即为 Q235 A 级沸腾钢 B 级钢的脱氧表示方法同 A 级钢一样。新的牌号表示方法科学、明了、便于应用，体现了标准水平的提高，多年来应用已为广大用户适应，并反映良好。3 钢的牌号 牌号的设置与标准体系有关。我国最早的碳素钢标准包括 O 号钢到 7 号钢共 8 个牌号，但在我国，0 号钢列人国标，形成为低质或废品钢生产提供了合法的方便渠道，已于 1978 年被取消；1979 年修定标准时又取消了 7 号钢(极少生产、应用)，本次修订GB70088 取消了 6 号钢后包括 5 个号：Q 1 95、Q21 5、Q235、Q255 及 Q275，即旧标准中的 15 号钢。可供工程结构及机械结构用钢以及薄板、盘条、钢丝等用钢。6号钢除作钢轨配件垫板外，别无他用，故取消，可列入专用标准。部分欧洲国家普碳钢系列标准中未列入 1、2 号钢(O l 95、Q2l 5)，但却列入碳锰系列的 350 级(s)钢，相当于我国 16Mn 钢，如 IS0630 的 E355级钢、DINl7100 的 StS2 钢等，他们划分标准是单元素合金锰含量达 1.8以上才属低合金钢。在 DIN、NF 标准中还列有 E275(St44)牌号钢，加上 E23S(St37)(相当于我国 Q235钢)、E355(St52)(相当于我国 Q345 钢)，可以说是国际三大工程用钢。4 化学成分 规定化学成分是为了达到一定的性能要求。新标准中 5 个牌号用途不同，划分质量等级不同，对成分的要求也不同。新标准打破了碳素钢完全靠C元素来提高强度和把Mn 只当作脱氧作用的老概念，采用国外提Mn 降 C 的新技术路线，用 Mn 来代替部分 C，既保证强度，又降低碳当量(C+1/6Mn)；同时降低钢的 P、s 含量，从而提高钢的韧性和焊接性。这种成分变化的特点主要体现在 0235 牌号上，Q235 的 A、B、C、D 级钢，含 C 量上限分别为 0.22,0.20,0.18，O.17；含 Mn 上限分别为 0.65，O.70,0.80；P、S含量分别不超过 0.045、0.050，0.045、0.045,0.040、0.040，O.035、0.035()。这样的分档，分级，使钢材的生产管理、品质保证及应用选材都更为合理。考虑到国内锰资源有限，各级钢的镇静钢含 Mn 量上限提高并不太多，而是按 Mn 和 C 对强度作用的一定比例进行测算的，B 级钢提 0.05，C、D 级钢提 0.15，生产大规格产品时，如果 C、Mn 含量控制不好，可能会出现强度偏低的现象，对韧性也会有影响。Mn 含量低，Mn、C 比达不到 2.5 倍以上，钢的韧性差，重钢生产 C、D 级钢的情况说明了这一点，冲击韧性合格的只达到 70左右。生产沸腾钢，当然 Mn 的含量不能高，Mn 有脱氧作用，含量高了钢水就沸腾不起来。因此标准规定生产 Q235 沸腾钢，Mn 含量不能超过 O60。C 和 P、S 含量，新标准与 ISO 和 NF 标准完全一样，D 级钢 P、S 含量比 DIN、JIS、ASTM 标准低，严格。Mn 含量上限国外一般规定到 1.4，但实物并没有那么高，检测的数据一般在 1.0以下，和我们标准规定的上限差不多。从标准对比和实物的成分都说明新标准 Mn 含量提高还不够，生产 C、D级钢时，Mn 的成分应尽量往上限控制方能改善钢的韧性。按 IS0630 标准，C、Mn、Si、P、S 五大元素，除了 A 级钢外，B、C、D 级都要保，A级钢五大元素都有规定，但在保证性能符合标准规定情况下，C、Mn、Si 含量(包括上、下限)可不作交货条件，IS0630的A级是Mn、Si 可以不保。各级钢 C、Mn 下限也可不作考核。可以说，A 级钢相当原来的甲类钢。Si 是脱氧剂，沸腾钢、半镇静钢、镇钢都规定 Si 的含量界限，这是指主要用 Si 进行脱氧的。如果用 AL 脱氧，如 D 级钢就可以不受这个限制。为了改善钢性能，国外往往用 AL脱氧，在标准里没有规定 Si 含量下限。从日本进口钢材，有的 Si 含量很低，造成国内用户常常分不清沸腾钢、镇静钢，甚至产生误解。为了细化晶粒，D 级钢需要足够的 AL进行脱氧，并保证钢中的酸溶 Al 不小于0.015，或总含 AL 量不小于 0.02，以提高钢韧性，这是老标准所没有的。重要的焊接结构钢，国外标准一般都有这个要求。关于钢中残余元素 Cr、Ni、Cu、As 等，除中国和前苏联标准有规定外，其他国外和ISO 标准一般无规定。前苏联标准规定 Cr、Ni、Cu 各不大于 O.30、As 不大于 0.08，用含 As 矿石冶炼的钢，As 允许不大于 O.15。我国标准规定残余元素和前苏联标准一样，经需方同意，Cu 含量可不大于 O.35。氮的含量，我国标准规定不大于 0.008，与前苏联标准一样，但 OCT(前苏联)标准参照西德标准，对电炉钢含氮量可以到0.012，法国标准有明确规定，只在标准中规定的含氮不适用于电炉，这样规定是比较合理的。我国标准以后修订也应考虑电炉钢的含氮量。5 力学性能 新标准采用国际标准，按照使用对材料韧性的不同要求，将钢材分 A、B、C、D 等四个质量等级。同一个牌号，每个质量等级都规定不同的化学成分，以保证达到标准规定的不同质量要求，增加了材料的安全可靠性，满足了各种不同用途的需要。5.1 质量等级 Q235 是主要的工程结构用钢，产量大，用途广，是这次标准修订的主要对象，质量等级分为 A、B、C、D 等四级，A 级不做冲击试验，B 级做常温冲击，C 级做 O冲击，D级做一 20冲击。C、D 级要求比较严，适用于对材料的可焊性和韧性要求比较高的重要工程结构钢。Q21 5 和 Q255 也可以做工程结构用，但产量和用量相对较少，其级别只分 A、B 两个质量等级。Q 195、Q275 是原来的 1、5 号钢，一般不作工程结构用，主要分别用于生产薄板、盘条、钢丝和做农机用钢，不要求冲击韧性，不需要分质量等级。Q275 主要通过保证化学成分来保证加工性能和热处理后的性能。5.2 钢材厚度 钢材的屈服强度、伸长率甚至冷弯和钢材的规格大小都有关系。原标准只是屈服点按不同厚度分别规定，不够合理，同时厚度分档按板、带、条和异型等不同品种分，复杂繁琐，执行困难。新标准参照国际国外标准不分品种，只按厚薄大小分档，合理简便。新的分档组距为16、大于 1660、大于 60100、大于100150、大于 150200mm，与 IS0630 基本一致，60100mm 之间比 ISO、DIN 标准少一个档，比较细。JIS 标准分档组距较粗，只有 3 个：16、大于 l 640、大于 40mm。OCT 标准的组距为20、大于 2040、大于 40lO0、大于 100mm。NF 标准：钢板和宽扁钢为小于 3、3小于 30、30小于 50、50小于 80、80小于 110、110150mm，其他型钢为30、30100mm。国内新标准的分档组距考虑到舞阳钢铁公司的生产情况,60100mm 的组距就是参照该公司企标定的。5.3 屈服强度和伸长率 新标准规定屈服强度和伸长率的规格大小分档组距是一样的。随着厚度加大一档，s和 5都分别降低 10MPa 和 l，这样较合理。60100mm 之间分档组距比 ISO、DIN 标准少一个，s、5指标下降也少10MPa 和 1，比国外标准严些。Q195 牌号国际国外标准没有，是原来的1 号钢，根据生产的品种和用途，l 号钢在原标准中不规定 s的指标，新标准为了给牌号命名，给 l 号钢也规定 s指标，但不作为考核条件，所以在力学性能表中，这项指标加上括号，以引起注意。而且考虑该牌号生产的品种和用途，这些指标只规定到 40 mm 的厚度(直径)。进行拉伸试验，板带材取横样试样，伸长率允许比性能表上规定的低 1，原标准和前苏联标准都有这个规定。此外，伸长率随着厚度(直径)增加而降低，也随厚度减薄而降低，如板材国内以 4mm 为界，薄板随厚度下降，伸长率也下降，GB912 标准有明确规定，新老标准、国内外标准都这么规定，是符合实际情况的。5.4 抗拉强度 各国标准对抗拉强度都规定上、下限，中国标准 Q235 上、下限范围，为 120N,ISO、DIN 标准 130N，日本标准 l 10N，法国标准100N。我们原标准规定做冷弯合格时，矾上限可以不限。但新标准 B、C、D 级钢都没有这个规定。5.5 冷弯试验 原来标准冷弯试验是按照前苏联标准规定，比较严。1979 年作了一些修改，主要是修改 3 号钢 Q235 钢板的弯心直径，放宽到 d=1.5a，这比较合理，比国外标准还严。还加了一个注：供冲压用的薄钢板，根据需方要求并在合同中注明，冷弯试验的弯心直径，3 号钢 d=a，2 号钢=0.5a；经供需双方协议，3 号钢可以 d=O.5a，1、2 号钢可以d=O，即保持原标准要求。另一个不合理之处是，原标准冷弯试验指标与钢材的厚度无关，只规定：做直径或厚度大于 20mm 的钢材的冷弯试验时，试样经单面刨削到 20mm。如试样不经刨削，弯心直径应增加一个试样厚度日。新标准冷弯试验参照 DINl7100 规定的，按规格大小，分为60、60100、100(mm)等 3 个组距，分别规定冷弯的弯心直径。规格大，弯心直径也大，比较合理。厚度60mm 的指标按原标准规定。随着厚度再加大，弯心直径也分别加大一个 a 和半个 a，用表格按钢材的不同规格和试样方向规定不同的弯心直径，明确清楚。B、C、D 级钢冷弯试验是应做的，A 级如果用户没有要求，可以不做。在这种情况下如果 b超上限，供方可以补做冷弯试验，冷弯合格就可以交货。新的 IS0630 不要求做冷弯试验，国外造船用钢早就取消冷弯试验。为什么取消?这与技术发展和材料质量提高有关系。随着冶炼技术提高，钢的纯净度得到改善，低碳钢的冷弯试验在国外一般都没 有问题，可以不做。但在我们国内不论技术水平还是管理水平都还做不到这一点，冷弯还有不合格的，所以标准还不能取消冷弯试验。5.6 冲击韧性试验 新标准规定冲击韧性试验是必保的主要检验项目。采用 V 型缺口试验方法。B、C、D 等各级钢材的冲击试验温度、冲击功指标、试样方向和试验结果的判定都采用 IS0630 的，与国际标准、西德、法国标准都一致。试验温度各级钢分别为常温、O、-20，冲击功指标都是不小于 27J，碳素钢最低温度国外一般做到-20，前苏联标准和国内原标准做到-40，我国地理位置最低温度到-40。船体用碳素钢 E 级钢也做到-40。除了温度外，试验方向对冲击试验的结果也有影响。国外一般都规定纵向试样。有的专用材料标准，如低温用钢和船体用钢也有规定横向试样的。试样尺寸，性能表里规定冲击功 27J 是标准试样的，尺寸为 10mm10mm55mm.。对厚度为 6小于 12mm 的钢板，厚度或直径为12小于 16mm 的棒钢做冲击试验，应采用5mm10mm55mm 的小尺寸试样，其试验结果应不小于规定值的 50%。试样大小，有尺寸效应作用，为计算方便取其一半。还有一种非标准的小尺寸试样，即 7.5mm10mm55mm,这种试样使用较少。冲击试验结构，是按 3 个试样的平均值计算，因为这种试验波动比较大。平均值应达到标准规定值，但允许其中 1 个试样单值低于规定值，但不得底于规定值的 70%，应从同一批钢材上再取 3 个试样进行实验，前后 6 个试样的平均值应达到标准规定值，但允许有 2 个试样单值低于规定值，其中低于规定值 70%的试样只允许 1 个，即后来再取3 个试样不允许有低于规定值 70%的。后来 3个试样的取样位置，按国际标准要求，应在同一张（或根）钢板（或条钢）上取。目前国内的管理水平还做不到这一点，所以新标准改为在同一批钢材上取样。按国外标准，如果先后取 6 个试样做试验不合格，还可以进行复验，国内标准暂不允许在复验。新标准规定的冶炼方法，包括电炉。原来标准没有，当时主要是考虑国内电力资源供应紧张。尽管这样，还是有用电炉炼普碳钢的，数量占一定比例，倒不如在标准里明确规定进去。组混合批，也包括用电炉钢轧制的钢材，将原标准规定不大于 30t 转炉冶炼的钢轧成的钢材允许组成混合批，改为不大于 30t 的炼钢炉。综上所述，修订后的 GB700-88 标准与国际标准基本一致，达到国际水平，同时也更有利于提高产品质量，方便应用和具有较大的通用性。