新《桥梁用结构钢》国家标准述评

维普资讯 http://www.cqvip.com 第９卷第１期　２００３年２月　ＷＩＤＥ　ＡＮＤ　ＨＥＡＶＹ　ＰＬＡＴＥ　宽厚板　Ｖｏｌ－９．Ｎｏ．１　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２００３　·９·　企业管理·　新《桥梁用结构钢》国家标准述评　唐一凡　（冶金信息标准研究院）　摘提高．　要新桥梁钢国家标准ＧＢ７１４－－２０００与原标准比，变化很大，牌号表示方法、化学成分、厚度适用范　围、力学性能、检验和试验方法、复验等都作了较大的修改，该标准向国际国外先进标准靠拢，标准水平大幅度　关键词桥梁钢国家标准　Ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｅｗ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　ｆｏｒ＜＜Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｓｔｅｅｌ　ｆｏｒ　Ｂｒｉｄｇｅ＞＞　Ｔａｎｇ　Ｙｉｆａｎ　（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｂｕｒｅａｕ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄ，Ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｇｒｅａｔ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ＧＢ７１４－－２０００　ｆｏｒ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｅｅｌ，ｇｒｅａｔｅｒ　ｒｅｖｉｓｉｏｎ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｇｒａｄｅ　ｄｅｎｏｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ，ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉ—　ｔｉｏｎ　ｒａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｒａｎｇｅ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａＳ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｒｅｔｅｓｔ，ｅｔｃ．Ｔｈｉｓ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｌｙ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｎｄ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｌｅｖｅｌ　ｉｓ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｅｎｈａｎｃｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｓｔｅｅｌ，Ｎａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｎｄａｒｄ　１前言　碳素结构钢，是过去保证化学成分和力学性能的　３号特殊钢，相当现在的Ｑ２３５Ｂ、Ｃ、Ｄ级钢。有２　个牌号１６ｑ和Ａ３ｑ，实际上是一个牌号，一个强度　等级的不同质量等级。　桥梁钢新标准ＧＢ７１４－－２０００发布后引起有　关厂家关注；新旧标准对比变化很大，可以说是对　桥梁钢标准进行了一次改革，牌号表示方法、检验　和试验方法以及复验等整个标准技术内容都作了　较大的修改，标准水平有了显著提高。很多钢厂为　ＹＢ１６８主要是低合金高强度钢标准，６个牌　号中有５个牌号是低合金钢，１个是碳钢。低合金　钢强度级别ａ，３０．￣４０ｋｇ／ｍｍ。。该标准是第一批制　订的专用低合金钢标准之一，纳入了利用国内富　了提高技术水平和竞争能力，增加经济效益，都希　望能够按新标准生产桥梁钢。为了便于大家了解　标准的变革，更好地理解、掌握和执行新标准，提　高桥梁钢质量，满足使用要求，在这里介绍新标准　的修订情况，主要技术内容和问题。　２桥梁钢标准演变过程　最近几年出版的标准汇编本上，我们能看到　有资源研制的低合金钢牌号，对推广应用低合金　钢和桥梁发展起到了促进作用，对钢铁产品和桥　梁建筑都是一次大的变革。　ＹＢ（Ｔ）１０有５个低合金钢牌号，１个碳钢　（１６ｑ）。低合金钢有３个强度级别：３５、４０、４３（ｋｇ／　ｍｍ。）。该标准是为了提高桥梁用低合金钢标准水　平制订的。ＹＢＩ６８是文革期间的产物，标准水平　落后，没有满足桥梁使用要求。ＹＢ（Ｔ）１０的化学　成分和力学性能，特别是冲击韧性比ＹＢ１６８有明　显提高，当时使用部门比较满意，已经执行了二十　桥梁钢标准有ＧＢ７１４－－６５￣桥梁建筑用热轧碳素　结构钢》、ＹＢ１６８－－７０｛桥梁用碳素钢及普通低合　金钢钢板技术条件》和ＹＢ（Ｔ）１０—８１《桥梁用结　构钢》。　１９６５年发布的国家标准是　≥２４ｋｇ／ｍｍ　的　来年，不但在国内订货执行，从国外订货也认可。　维普资讯 http://www.cqvip.com １Ｏ·　宽厚板　第９卷　ＧＢ７１４－－２０００是对以上３个标准的修订，合　并为一个标准，减少标准数量，理顺关系，消除混　乱，给各有关方面带来方便。新标准变化很大，牌　号由用碳平均含量和合金元素表示改为用强度表　示，分不同质量等级，分别规定不同成分和性能指　标，大幅度提高冲击韧性，冲击试验方法由Ｕ型　缺口改为Ｖ型缺口，试验结果按国际标准进行判　定，与国际接轨，达到国际先进水平。　３技术进步与标准水平　产品标准水平提高可以促进技术进步，技术　进步同样可以促进标准水平提高。二十世纪６Ｏ年　代以前，国内造桥是采用铆接，技术落后，材料性　能差，对成分和韧性要求不高。五十年代建的武汉　长江大桥就是铆接的，采用强度２４ｋｇ／ｍｍ。的３　号钢Ｉ后来建的南京长江大桥是焊接的，大跨度，　采用低合金钢１６Ｍｎｑ，强度比碳钢提高约１／３，　技术比武汉大桥先进得多。八十年代建的九江长　江大桥，跨度更大，采用材料是１５ＭｎＶＮｑ，强度　更高，相当新标准中的Ｑ４２０ｑ。九十年代建的芜湖　南京长江大桥，采用材料是１４ＭｎＮｂ，技术要求更　高，冲击功达到ｌＯＯＪ。随着造桥技术水平不断进　步，对材料标准的要求也越来越高，同时也促进了　材料生产技术的进步，没有生产和使用技术进步，　造桥没有采用全焊接和大跨度也不会对材料提出　更高、更严格的要求。没有冶炼和轧制技术水平的　提高，没有微合金化，桥梁用钢的碳含量、碳当量　和Ｐ、Ｓ等夹杂就降不下来，标准中的冲击韧性就　上不去，标准水平就提高不了，新标准就不会很快　出来。技术进步和标准水平是互相促进的，技术进　步促进了标准水平提高。　４新标准及有关问题　从ＧＢ７１４—６５到ＧＢ７１４－－２０００，整整经过　３５年，作为专用钢标准这么多年才修订一次，是　少有的，说明桥梁钢标准难度大，使用要求高，钢　材质量因为生产装备、工艺和技术问题，长期以来　没有达到要求，标准水平落后。新标准对原国标和　行标的技术内容作了全面的修改。　４．１钢的强度等级与牌号及表示方法　新标准有４个强度等级的牌号，其中碳钢１　个，２４ｋｇ级；低合金钢３个，３５ｋｇ级、３８ｋｇ级、　４３ｋｇ级。原标准低合金钢牌号用平均含碳量和合　金元素表示。碳钢２个牌号，１个用平均含碳量表　示，另１个牌号Ａ３ｇ既不用元素和成分表示，也　不用强度表示。新标准按照ＧＢ７００－－８８和　ＧＢ１５９１—９４，用钢的屈服强度表示。新标准４个　牌号为Ｑ２３５ｇ、Ｑ３４５ｇ、Ｑ３７０ｇ、Ｑ４２０ｇ。用强度表　示牌号突出了工程结构用钢的特征，有利于使用、　设计部门选材，也便于组织生产，更好的保证产品　质量。表示方法与国际一致，也便于与国际交流和　贸易。４个牌号中，低合金钢主要建造铁路桥，碳　钢用于建造公路桥。　４．２质量等级　分不同质量等级是世界各国工程结构钢标准　的共同特点，以满足不同的使用要求。新标准按照　国际标准ＩＳＯ４９５０和根据桥梁用钢的重要性，分　ｃ、Ｄ、Ｅ等３个质量等级。Ｑ２３５ｑ是碳钢，分ｃ、Ｄ　级，没有Ｅ级。象桥梁这样重要的工程结构钢是　优质的，它不同于一般的碳素结构钢和低合金结　构钢，不能设有Ａ、Ｂ级钢。这样才能满足桥梁结　构的要求，充分发挥低合金钢的作用。ＧＢ１５９１—　９４设有Ａ、Ｂ级钢主要考虑到目前国内部分生产　厂的工艺和技术水平以及低合金钢的实际使用情　况。　４．３化学成分　造桥技术由铆接改为焊接，向大跨度、高强　度、轻结构、整体性好的方向发展，要求材料具有　良好的可焊性和高韧性。因此，对化学成分特别是　对ｃ和Ｓ、Ｐ等要求很严格。过去的工程结构钢标　准不分质量等级，一个牌号只有一种成分和一种　性能。ＧＢ７１４、ＹＢＩ６８、ＹＢ（Ｔ）１０也如此。从　ＧＢ７００－－８８碳结钢标准改革后，采用国际标准，　工程用钢标准一般也分不同质量等级，提高标准　水平，以便满足不同结构的使用要求，使材料得到　合理的利用。ＧＢ７１４－－６５有２个牌号，即１６ｑ和　Ａ３ｑ屈服强度分别是２３ｋｇ级和２４ｋｇ级，实际上　是一个牌号，强度差１ｋｇ，成分差２个碳，１　６ｑ作　２Ｏ℃冲击试验，Ａ３ｑ作常温和一２Ｏ℃冲击试验，　相当于现在Ｑ２３５的不同质量等级。但为什么过　去不分质量等级？这与生产技术水平和产品质量　有关系，同时也缺乏这方面的概念。新桥梁钢标　准按ｃ、Ｄ、Ｅ三个质量等级分别规定不同的化　学成分，Ｃ含量分别为不大于０．２０　、０．１８　、　０．１　７　；Ｓ、Ｐ含量分别为不大于０．０　３　５　、　０．０２５　、０．０１５％和０．０２０　，比较合理也比原标　准严格得多，在国际上是最严格的。质量等级越　维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期　唐一凡：新《桥梁用结构钢》国家标准述评　不完全一致，新标准是按ＧＢ１５９１－－９４划分厚度　范围的，与国际标准相同。　这里主要介绍力学性能。工艺性能冷弯试验，　高，成分要求越严，Ｄ、Ｅ级钢规定Ａｌｓ含量≥　０．１５　，并加Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ等元素进行微合金化，进　步改善材料性能。原标准碳钢Ｃ含量分别不大　于０．２２　、０．２０２，６，低合金不大于０．２０　；Ｐ、Ｓ　含量分别不大于０．０４５　、０．０５０　和０．０４０　、　０．０４　５　。ＹＢ（Ｔ）１ｏＮ对较严，Ｐ、Ｓ均不大于　按现在的炼钢技术和冶金质量，一般不成问题，所　以国外标准已取消这项试验。新标准仍保留冷弯　试验，低合金钢按ＧＢ１５９１规定弯心直径，比原标　０．０３５　，对Ａｌ含量没有要求，更没有微合金化。　如此简单和宽松的成分，冶金质量不佳，无法获得　好的性能。　５碳当量Ｃｅｑ　我国标准原来是仿前苏联的，成分规定得很　死，卡上下限，用控制成分上限来保证材料的焊接　性能。西方国家标准成分规定比较宽松灵活，除主　要元素外，还可以添加其他微量元素，有利于竞　争，提高产品质量。为了防止成分失控，影响焊接，　重要工程结构钢标准往往都要规定碳当量Ｃｅｑ，　用碳当量来控制碳和各种合金元素的含量。这样　比较科学合理，生产厂可以根据自己情况、资源条　件和使用要求，规定最适合的成分，以获得最佳性　能。计算碳当量的公式，碳钢为Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６；　低合金钢有：　Ｃｅｑ（　）＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／３４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５　＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４和　Ｃｅｑ（　）一Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋　（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５两个计算公式。　第１个是日本的计算公式，第２个是欧洲的　计算公式。各国船规和船体用钢标准采用第２个　计算公式。新桥梁钢标准采用第１个计算公式。２　个公式有些不同，第１个有ｓｉ，没有Ｃｕ。第２个有　Ｃｕ，没有Ｓｉ。Ｎｉ和Ｖ的碳当量也不一致。到底用　哪个计算公式好，在标准审定时，大家的意见没有　完全统一。　。　各国标准除了采用计算公式不同外，具体规　定的方法也有些不同，有的标准按材料厚度规定　Ｃｅｑ，有的不分厚薄，新标就不分。比较来说，按厚　度规定比较合理些。日本标准、各国船规、船体用　钢标准和ＧＢ４１０４高层建筑用钢标准等按材料厚　度规定Ｃｅｑ。　６力学性能　工程用钢的性能是指材料在交货状态下应该　达到的性能。性能与厚度也有关系，各国标准都按　不同厚度范围规定性能。厚度范围分档，各国标准　更严一点，碳钢按原行标。　工程用钢的力学性能主要有３项：强度（　、　）、伸长率和冲击韧性。ＧＢ７１４￣６５还规定断面　收缩率，在工程结构钢标准中除了Ｚ向钢要求检　验面缩率外，其他标准是没有的，ＧＢ７１４规定这　项检验是为保证材料的纯洁度和晶粒组织等。　６．１强度　Ｑ２３５ｑ的　按ＧＢ７００－－８８每个厚度范围相　差１０ＭＰａ，原标准不分厚度，规定一个指标，不大　合理。ｏｂ既不按原标准，也不按ＧＢＴ００，按厚度范　围≤１６、＞１６～３５、＞３５～１００分别规定，没有限　制上限，低合金钢也如此。原行标也没有限制，原　国标如果需方有要求，Ａ３ｑ的　上限不得大于　５２ｋｑ／ｍｍ。。对重要工程用钢来说，各国标准一般　都限制ｏｂ上限，使性能均匀，通用标准ＧＢＴ００、　ＧＢ１５９１及国外一些相应标准也都规定抗拉强度　范围。从使用角度来说，性能的均匀性有时比指标　高低更重要　低合金钢抗拉强度范围早期是没有　限制的，波动范围太大，有的相差接近２Ｏｋｇ，对使　用有影响，后来才规定了上限。　低合金钢的　除了Ｑ３４５ｑ前２个厚度范围　之间相差２０ＭＰａ外，其他的每个厚度范围都只相　差１０ＭＰａ，比其他相关标准相差小，ＧＢ１５９１相差　２０￣２５ＭＰａ。Ｑ３７ｏｑ的　比前面２个牌号厚度范　围之间相差大一点，这个牌号是新纳标的，即　１４ＭｎＮｂｑ。实际上是１６Ｍｎ降２个Ｃ，加点Ｎｂ。　６．２伸长率　这是一项反映材料塑性的检验项目，也是工　程用钢基本保证条件，与材料成分和钢纯洁度有　关。仲长率指标高低，只能在试样标距长度相同条　件下才有可比性。国内外标准的伸长率相差不多，　ＧＢ１５９１低合金钢标准与相应的国际标准　ＩＳＯ４９５０比，Ａ、Ｂ级钢低１　；Ｃ、Ｄ、Ｅ级钢一样，　与ＢＳ４３６０比，高１　。新标准Ｑ２３５ｑ按原标准（艿ｓ　≥２６　９，６）。Ｑ３４５ｑ厚度不大于１６ｒａｍ的艿ｓ≥２１　，　其他厚度均≥２Ｏ　，比原标提高１　。Ｑ２７０ｑ与　Ｑ３４５ｑ相同。Ｑ４２Ｏｑ不大于１６ｒａｍ的２Ｏ　，比ＹＢ　维普资讯 http://www.cqvip.com １２·　宽厚板　第９卷　（Ｔ）１Ｏ高１　，其他厚度相同。　击功为３４Ｊ，Ｑ３７Ｏｑ为４１Ｊ，Ｑ４２Ｏｑ为４７Ｊ（Ｅ级钢　６．３冲击韧性　４Ｏ℃的冲击功由供需协议规定）。材料的强度越　材料的韧性是关系到工程结构可靠性，衡量　高，低温脆性的危险性就越大，韧性指标要求也越　材料质量好坏的关键指标。为了提高材料的韧性，　高。一２０＂Ｃ４７Ｊ，一４Ｏ℃４１Ｊ，国内外标准是没有的，　从炼钢到轧钢要采取一系列的技术措施。关于材　在国际上也是高水平的。ＧＢ７１２￣船体用结构钢＞　料韧性，还要介绍一下试验方法、试样尺寸、试验　４Ｏ℃３４Ｊ；ＧＢ１６２７０￣高强度结构钢热处理和控　温度、冲击功指标、试验结果判定和复验等。　轧钢板钢带》Ｏ‘Ｃ４ｏＪ，一２Ｏ℃４ｏＪ，一４Ｏ℃２７Ｊ；Ｄｉ—　６．３．１冲击试验方法　ＮＥＮ１０１１３－－１：１９９３｛焊接用热轧细晶粒钢第１　试样的缺口由ｕ型改为Ｖ型。从船体用钢标　部分一般交货条件＞Ｏ℃５５Ｊ，一２Ｏ℃４７Ｊ，一４Ｏ℃　准开始到现在为止，所有主要工程用钢标准冲击　２７Ｊ。　试验都改为Ｖ型缺口，桥梁钢标准是最后一个。　６．３．５试验结果判定　至此，我国工程结构用钢标准已经完成了冲击试　ＧＢ７１４—６５冲击试验（包括时效冲击）做２　验由Ｕ型缺口到Ｖ型缺口的过渡。国外工程结构　个试样，其结果都应达到标准规定值。　钢标准都是采用Ｖ型缺口冲击试验，我们经过几　ＹＢ１６８、ＹＢ（Ｔ）１ｏ常温、－－４０℃冲击试验做３　十年努力，终于在这方面与国外接上轨。　试样，时效冲击做２个试样。做３个试样的，常温　６．３．２试样方向和试样尺寸　允许有１个试样比规定平均值低ｌｋｇｆ·ｍ／　老标准冲击试验都是做ｕ型缺口试样，其方　ｃｍ。，一４Ｏ℃允许有１个试样低０．５ｋｇｆ·ｍ／ｃｍ。。　向一般为横向试样（ＧＢ７１４规定纵、横两个方　做２个试样的均应达到标准规定值的要求。　向），是１０ｍｍ×１０ｍｍ标准尺寸的，材料厚度不　新标准按国际上统一的规定，冲击试验（包括　大于１２ｒａｍ方做冲击试验。新标准采用Ｖ型冲击　时效）结果按３个试样的算术平均值计算，允许其　试验，试样方向是纵向，国内外标准一般都取纵向　中有１个试样的单值低于表４的规定，但不得低　试样。　于规定的７Ｏ　。这样规定比较科学合理。冲击试　试样尺寸除标准试样外，还有两种非标准尺　验的波动比较大，应做３个试样的试验，规定平均　寸试样，即小尺寸试样，１０ｍｍ×７．５ｍｍ、１０ｍｍ×　值。原标准规定时效都做２个试样，ＧＢ７１４－－６５　５ｍｍ。厚度小于６ｍｍ（或直径小于１２ｒａｍ）的一般　常温，一２Ｏ℃冲击也做２个试样，而且２个试样试　不作冲击试验，国外标准（如ＤｉＮＥＮ１００２８－－１：　验的结果都应达到标准规定值，不够合理。　２０ＯＯ）和国内ＧＢ７ＯＯ一８８、ＧＢ１５９１—９４等都是这　６．３．６复验　样。ＡＳＴＭＡ２Ｏ冲击试样比较多，有６个尺寸：１Ｏ　新标准冲击试验的复验，按ＧＢ１７５０５｛钢及　×ｌＯ（全尺寸），１０×７．５（３／４尺寸），１０×６．７（２／３　钢产品交货一般技术要求，，与国内其他标准（如　尺寸），１０Ｘ　５（１／２尺寸），１０×３．３（１／４尺寸。）真　ＧＢ７１２、ＧＢ７００、ＧＢ１５９１等等）不一致。其他标准，　正做试验的也是厚度在６ｍｍ以上。　第一次取一组３个试样试验结果不合，如果低于　６．３．３试验温度　规定值的试样不超过２个，而且低于规定值７Ｏ　新标准低合金钢各牌号按３个不同质量等级　的试样不超过１个，可以从同一抽样产品上再取　Ｃ、Ｄ、Ｅ分别做０℃、一２Ｏ℃、一４Ｏ℃冲击试验，与　组３个试样进行附加试验，如果仍不合，就不能　国际标准是一致的。国外有的国家试验温度不一　再复验。按ＧＢＩ７５０５和相应的国际标准还可以进　样，如ＪｉＳＧ３１ｏ６是做Ｏ℃和一５℃冲击试验，但规　行复验，原抽样不合的产品挑出后，再从该试验单　定的指标比较高，以满足较低温度的使用要求。　元的剩余部分取２个抽样产品，在每个抽样产品　６．３．４韧性指标　上各选取新的一组３个试样，新两组６个试样按　工程结构钢质量等级是根据使用对材料韧性　前面做同样的试验，其结果应全部合格，每组３个　的不同要求划分的，参照国际国内同类标准，碳　试样按平均值计算，允许其中有１个试样的单值　钢分Ｃ、Ｄ级，分别做ｏ℃、一２Ｃ冲击试验，冲　低于标准规定值，但不得低于规定值的７Ｏ９，６。　击功均为２７Ｊ。低合金钢分ｃ、Ｄ、Ｅ级，分别做　ｏ＇ｃ、一２ｏＣ、一４０　Ｃ冲击试验，Ｑ３４５ｑ各温度冲　收稿日期；２ｏｏ２—１２－３０　，　’　．