国标钢材
在我国的钢结构工程中,常用的钢材标准有《碳素结构钢》GB/T700、《优质碳素结构钢》GB/T699和《低合金高强度结构钢》GB/T1591。铁塔工程也执行上述标准,并结合自身特点进行牌号的选择。
在碳素结构钢中,钢号越大,含碳量越高,强度也随之增高,但韧性和塑性降低。铁塔属于高耸结构,相对于强度而言更注重钢材的韧性。所以优选其中含碳量小于0.25%的Q235钢。对无缝钢管,优选硫、磷等有害杂质更少的优质碳素结构钢。
铁塔立柱等主要受力构件经常采用掺加合金元素的低合金钢,其强度高于碳素结构钢。低合金钢强度的提升是靠合金元素,含碳量并不增加,所以其韧性并不降低。在低合金钢中Q355钢综合性能较好,应用最为广泛。
综上所述,铁塔各部位钢材选择如下:
主柱为角钢时,优选《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;
主柱为钢管时,优选《优质碳素结构钢》GB /T699中的20钢或《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;
立柱间的连接件宜选用《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;
腹杆宜选用《碳素结构钢》GB/T700中的Q235钢或《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;
腹杆端部节点板优选《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢;
地脚螺栓主杆优选《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢或《优质碳素结构钢》GB /T699中的45钢;
其他附属结构可选《碳素结构钢》GB/T700中的Q235钢。
此外对于柔性拉杆、拉绳等构件可选用强度等级更高的钢材,例如《钢拉杆》GB/T20934中强度从345MPa~1100MPa共分7个等级。
铁塔工程对钢材的质量也有要求。一般情况下质量等级为B级,并要求钢材具有抗拉强度、伸长率、屈服点、含碳量、冷弯试验及硫、磷极限含量的合格保证。当铁塔工作温度低于-20℃时,对Q235钢和Q355钢还应具有0℃冲击韧性的合格保证(C级)。对于强度更高的钢材要求具有-20℃冲击韧性的合格保证(D级)。
美标钢材
美国有许多学会、协会从事钢铁标准化工作,涉及钢铁材料标准的机构主要有:
AISI——美国钢铁学会
ACI——美国合金铸造学会
ANSI——美国国家标准学会
ASTM——美国材料与试验协会
SAE——美国汽车工程师协会
ASME——美国机械工程师协会
AWS——美国焊接学会
ANSI标准广泛应用于整个工业,但该学会本身不制定标准,只是从其他标准化机构中选取一部分标准发布为国家标准,其标准号采用双标号,如:ANSI/ASTM。
在建筑结构钢中,美国材料与试验协会(ASTM)标准应用最为广泛,其主要结构钢标准如下:
A36:
Standard Specification for Carbon Structural Steel
碳素结构钢
A573:
Standard Specification for Carbon Structural Steel Plates of improved Toughess
高韧性碳素结构钢板
A242:
Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Structural Steel
高强度低合金结构钢
A572:
Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Columbium-Vanadium Structural Steel
高强度低合金铌钒结构钢
A588:
Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Structural Steel,up to 50 ksi [345MPa] Minimum Yield Point, with Atmospheric Corrosion Resistance
高强度低合金耐候结构钢,最小屈服强度345MPa
A992 :
Standard Specification for Structural Steel Shapes
结构型钢(用于建筑框架的轧制宽翼缘型钢)
中美钢材对比
A36是美标中最主要的碳素结构钢,屈服点为36ksi(248MPa),相当于我国《碳素结构钢》GB/T700中的Q235B钢,两者主要参数对比如下:
|
项目 |
Q235B |
A36 |
|
屈服强度 MPa |
235 |
248 |
|
抗拉强度MPa |
370~500 |
550 |
|
碳含量(%,≤) |
0.22 |
0.29 |
|
硅含量 (%,≤) |
0.35 |
0.4 |
|
锰含量 (%,≤) |
1.4 |
1.2 |
|
硫含量 (%,≤) |
0.045 |
0.050 |
|
磷含量 (%,≤) |
0.045 |
0.040 |
|
伸长率 (%,≥) |
26 |
23 |
|
冲击功(J,≥) |
27 |
-- |
A573是一种韧性更好的碳素结构钢,分为Grade58、65和70三个等级,屈服强度从32ksi(220MPa)至42ksi(289MPa),其中G65级屈服强度为35ksi(240kPa),与我国《碳素结构钢》GB/T700中的Q235D钢和《优质碳素结构钢》GB/T699中的20钢相当,其主要参数对比如下:
|
项目 |
20钢 A级 |
Q235D |
A573 G65 |
|
屈服强度 (MPa) |
245 |
235 |
240 |
|
抗拉强度 (MPa) |
410 |
370~500 |
450 |
|
碳含量 (%,≤) |
0.23 |
0.17 |
0.26 |
|
硅含量 (%,≤) |
0.37 |
0.35 |
0.40 |
|
锰含量 (%,≤) |
0.65 |
1.4 |
1.2 |
|
硫含量 (%,≤) |
0.03 |
0.035 |
0.030 |
|
磷含量 (%,≤) |
0.03 |
0.035 |
0.030 |
|
伸长率 (%,≥) |
25 |
26 |
23 |
|
-20℃冲击功 (J,≥) |
-- |
27 |
-- |
在美国ASTM标准中,经热轧而非热处理得到的最小屈服点超过40ksi(276MPa)的钢称为HSLA钢,即低合金高强度钢。
其中A572钢具有很好的可焊性,分42、50、60和65四个等级。厚度在6in(152.4mm)以内的42级和厚度在4in(101.6mm)以内的50级都可用于焊接桥梁。所有级别都可用于螺栓、铆栓连接结构和非桥梁的焊接结构。
A572钢中的G50级屈服强度为345MPa,与我国的《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的Q355钢相当,其主要参数对比如下:
|
项目 |
Q355B |
A572 G50 |
|
屈服强度MPa |
355 |
345 |
|
抗拉强度MPa |
470~630 |
450 |
|
碳含量(%,≤) |
0.24 |
0.23 |
|
硅含量(%,≤) |
0.55 |
0.40 |
|
锰含量(%,≤) |
1.4 |
1.35 |
|
硫含量(%,≤) |
0.035 |
0.030 |
|
磷含量(%,≤) |
0.035 |
0.030 |
|
伸长率(%,≥) |
22 |
21 |
|
冲击功(%,≥) |
27 |
-- |
此外,美国ASTM标准中A242、A588也时比较常用的低合金高强度结构钢。这两种钢材属于耐候钢,其表面可以形成一层紧密的氧化膜来抑制进一步的腐蚀,抗腐蚀性能是普通碳素钢的4~8倍。
我国的铁塔目前绝大多数采用热浸镀锌的防腐处理,耐候钢的应用还比较少。但随着铁塔标准化的推进,耐候钢的应用也是值得借鉴和发展的方向,有助于降低造价和减少环境污染。

