资料来源：吴耀华. 中俄钢结构性能对比分析[J].钢结构,2020,35(9):26-43.
doi：10.13206/j。
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0 前言
随着我国与国际建筑市场接轨、创新发展，国外企业正在逐步承接更多的海外钢结构项目。 为了减少钢材的采购周期和运输成本，降低综合成本，提高产品的竞争力，用国标钢材替代德标或美标钢材成为趋势。 近年来，我国钢铁生产技术不断提高。 钢材品种增多、质量不断提高，也为这些材料的替代提供了技术支撑。 建筑钢结构用钢包括碳素结构钢、低合金高硬度结构钢、耐候结构钢和铸件。 产品类型又分为厚板钢带、钢棒、型钢等类型。 我国近年来一直在经历标准的变化。 2017年，新版-2017《钢结构设计标准》推出。 钢材标准GB/T1591-2018《低合金高硬度结构钢》引入Q355钢来替代原来的Q345钢。 对于工程中广泛使用的国标Q235、Q355和Q390~Q460钢材以及德标/A36M、/A572M等钢材标准中的GR36[250]~GR65[450]钢材，其物理成分、屈服硬度、拉伸硬度、伸长率、冲击硬度、冷弯性能等的对比分析，将有利于钢结构技术人员全面了解德标钢材及相关标准的特点，并给出中、德钢的优缺点及替代建议。俄罗斯建筑钢材，为扩大国内产量，为钢材在国际钢结构市场的应用提供技术支撑。
研究内容
1 概述
国外钢结构工程使用的钢材主要有国家标准GB/T700-2006《碳素结构钢》中的Q235钢，GB/T1591-2018、GB/-2015中的Q355、Q390、Q420和Q460钢~ 《建筑结构用厚板》系列钢材。
GB/T700于1965年1月首次发布，历经3次修订，现行版本为2006年版。 本标准规定了Q195、Q215、Q235、Q275四个牌号碳素结构钢的规格、外观、质量及允许误差。 、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证书等。GB/T1591《低合金高硬度结构钢》于1979年1月首次发布，历经四次修订，现行版本为2018年版本。 本标准规定了Q345~Q690低合金高硬度钢的性能及相关内容。 参照美国行业标准-1994《建筑结构用铣型钢》，我国于2005年首次发布了国家标准GB/-2005《建筑结构用厚板》，并于2015年发布了现行修订版。该标准规定~系列钢，GJ钢适用于高层建筑结构、大跨度结构等重要建筑结构。 与GB/T1591相比，GJ钢的硬度随伸长降低幅度较小。 还规定了屈服强度比、屈服硬度波动范围、碳当量（CE）和点焊裂纹敏感系数（Pcm），并增加了硫、磷含量。 集中，是一种高性能结构钢。
ANSI/-10《美国建筑钢结构设计规范》规定了多种可用的钢材。 实际中广泛使用的钢材主要包括和标准中的钢材。 /A36M是俄罗斯的“碳结构钢标准”。 它于1960年首次发布，最新版本于2014年发布。它规定了建筑和桥梁结构用碳素结构钢的一般交货要求和承压要求。 板材要求、化学成分、拉伸试验等。本标准中钢材的屈服硬度仅为36ksi（），适用于所有板材厚度（不小于200mm）； 其断裂后模量是根据200mm和50mm的试件标距厚度给出的，对于工字钢来说，拉伸性能指标略低于厚板； 其物理成分随着板厚的减小而变化。
/A572M是俄罗斯《高硬度低合金铌钒结构钢标准》。 它于1966年首次发布，最新版本于2012年发布。它规定了桥梁和其他结构用高硬度低合金铌钒结构钢的要求。 一般交货要求、产品长度及规格、化学成分、机械性能等。本标准中钢的屈服硬度级别包括五个钢号：GR42[290]、GR50[345]、GR55[380]、GR60[415 ]、GR65[450]，适用于所有板厚（32~150mm，最大板厚与钢级和产品类型有关）； 其断裂后模量是根据200mm和50mm厚度的样品给出的； 它的物理成分随着板材厚度的减小而变化。 需要说明的是，冲击硬度不是产品的常规要求，项目需要时必须单独提出。
国家标准GB/T700、GB/T1591、GB/中，根据钢材的屈服硬度确定钢级，根据不同水下的冲击硬度要求定义质量等级（A~E）温度和不同的交付状态都被考虑在内。 /A36M、A572/A572M等德国标准中的钢材也是按照屈服硬度（GR）进行分类，并按照钢材的形状（厚板或钢棒、型钢）、冲击强度来定义。钢的硬度并不特定于产品。 作为一般要求，当项目需要时必须签订单独的合同。 据悉，中国和俄罗斯对于耐候结构钢及铸件也有相应的标准，具体见表1。 总体来说钢材抗拉强度 最小值，中国钢铁标准的分类比较全面，而德国标准则更加细分，一个国家标准可能对应多个德国标准。
表1 中俄钢铁标准对比
2 常用钢材物理成分比较
建筑钢结构工程常用的钢材为碳素结构钢或低合金高硬度结构钢，屈服硬度为235～，其中235～钢含量占钢结构总含量的90%以上。 国标Q235、Q355钢中对点焊质量有不利影响的S、P等有害元素的控制比德标/A36M和/[345]钢略严格（表2）； C元素的控制，国标Q235、Q345钢也比德标严格； 国标对Si、Mn的浓度要求比德标低，有利于点焊质量。 综上所述，国标Q235、Q355钢在焊接性方面优于德标，尤其是C、S、P等元素浓度的控制。 从钢材的物理成分来看，国标GB/T700-2006中的Q235C、D级钢可以替代德标/A36M标准钢； 国标GB/T1591-2018中的Q355钢可以替代德标/[345]钢，但需要注意Si、Mn元素浓度限值的控制。 国标钢及钢的各项物理成分指标均优于相应硬度级别的德标A36、钢。
表2 Q235、Q355钢与、钢物理成分比较
3 常用钢材热性能比较
钢结构工程中常用的钢材热性能包括屈服硬度、拉伸硬度、断裂后屈服强度、冲击功和冷弯性能等。 中国和俄罗斯钢材标准对拉伸试样的取样方向相同，即板厚小于600mm时沿“横向”（垂直于钢材铣削方向）取样，否则沿“纵向”取样（平行于钢材铣削方向）取样。
钢材的屈服硬度是评价钢结构承载能力和确定硬度设计值的重要指标。 它是材料热性能中不可缺少的重要指标钢材抗拉强度 最小值，也是金属材料发生屈服现象时的屈服极限。 钢材是脆性材料，其拉伸试验曲线会有波动屈服平台。 该屈服平台中的最大硬度值称为上屈服硬度（ReH），该屈服平台中的最小硬度值称为下屈服硬度（ReH）。 ReL)、德标、美标通常采用ReH作为屈服硬度。 国家标准GB/T700-2006和GB/T1591-2018也采用ReH作为屈服硬度，但国家标准GB/-2015采用ReL作为屈服硬度。 延伸硬度Rm是判断钢材抗扭曲性能的性能指标，直接反映钢材内部组织的质量。
钢材的断后挠度是评价钢材塑性的一项性能指标。 承重结构所用钢材不仅应具有较高的硬度，而且应具有足够的断裂后铁损。断裂后模量与拉伸试样的标距宽度有关。 德国标准通常使用定长标距试样，标距长度为200mm和50mm。 国家标准通常使用标准试样量规。
其中S0为试样横截面积），同一钢材不同标距试样的断后伸长率不同。
冷弯性能是钢材的塑性指标之一，也是判断钢材质量的综合指标。 通过冷弯性能可以检查钢中碳化物组织、结晶和非金属杂质分布等缺陷。 在一定程度上也是鉴定点焊性能的一个指标。
钢材的冲击硬度是指钢材在冲击载荷作用下断裂时吸收机械能的能力。 德国标准和A572中，冲击硬度不是必须满足的指标； 而在中国标准中，冲击硬度是区分钢材性能等级（A～F）的重要指标。
3.1 国标Q235与德标A36钢的比较
国标Q235钢的屈服硬度随着厚板长度的减小而增大（表3），但德标钢的屈服硬度在板厚减小时不受厚板长度的影响不小于200mm，屈服硬度比国标Q235钢低6%以上。 德标钢的延伸硬度与国标钢相近，比国标Q235钢低8%以上。
表3 Q235钢和钢的热性能比较
注：板厚单位为mm，下同。
国标Q235钢的断裂后模量随着长度的减小而增大(AS=26%~22%)，而德标钢的断裂后模量在长度减小时保持不变(A200=20 %，A50=23%）。
国标Q235钢的冷弯性能随钢材长度的变化而变化，而德标A36钢的冷弯性能不随长度的变化而变化（表4）。 通过比较可以看出，当板长t≤60mm时，国标Q235钢对冷弯性能的要求比德标钢更严格； 当板材长度t>60mm时，国标钢比德标钢的冷弯性能要求更高。
表4 Q235钢与钢冷弯性能比较
3.2国标Q355与德标GR50[345]钢的比较
德国标准级钢材的伸长率和硬度不受长度影响，在厚板长度不小于100mm的范围内相同。 对于国标Q345及钢材，当长度不小于40mm时，其屈服硬度等于德标； 当长度小于40mm时，其屈服硬度小于德国标准。 国标Q345钢的延伸硬度略高于德标GR50钢，见表5。
表5 Q355钢与钢的热性能比较
国标Q355钢的模量随长度的减小而增大（AS=20%～17%），国标Q355钢的模量不随长度变化（AS=22%），德国标准钢级随长度减小而减小 保持不变（A200=18%，A50=21%）。
国标Q355钢和德标级钢的冷弯性能根据钢材长度的不同而不同（表6）。 通过比较可以看出，德标钢材的冷弯性能要求比国标更为严格。
表6 Q355钢与钢冷弯性能比较
3.3国标Q390~Q460(GJ)与德标[380]~GR65[450]钢的比较
德国标准[380]、GR60[415]和GR65[450]级钢的硬度分别对应中国标准Q390、Q420和Q460，但最大板长分别限制为50、32和32mm。 德标钢的延伸硬度不受长度影响，在其相应的最大长度范围内是相同的（表7）。 国标Q390钢长度不小于40mm时，其屈服硬度与德标相当。 当国标钢材长度不小于100mm时，屈服硬度小于德标。 国标Q390钢的延伸硬度略高于德标GR50钢（表8）。
表7 Q390钢与钢热性能比较
表8 Q420钢与钢热性能比较
国标Q355钢的断裂后模量随着厚板长度的减小而增大（AS=20%~17%），国标钢的断裂后模量不随厚板长度的变化而变化（AS=20%~17%） =22%），而德标钢的断裂后模量在长度减小时保持不变（A200=18%，A50=21%）。
从表8和表9可以看出，国标Q420和Q460钢所有长度的屈服硬度和拉伸硬度等于或略低于GR60和GR65钢相应的硬度等级，国标GJ钢就更好了。
表9 Q460钢与钢热性能比较
4 耐候钢的对比分析
耐候钢是添加少量合金元素（如Cu、P、Cr、Ni等），在金属表面形成保护层，以提高耐大气腐蚀性能的钢。 英国是最早开发和应用耐候钢的国家。 耐候钢一般分为两类。 点焊要求不高的耐候钢：以Cu、P（0.07%～0.15%）为主系列，屈服硬度通常在以下。 通常不超过16mm，如英国的系列； 点焊结构用耐候钢：主要是Cr-Ni系，P含量在0.04%以下，如英国的、A514系列。 现行中国标准GB/T4171-2008《耐候结构钢》包括高耐候钢（GNH）和点焊耐候钢（NH）两大类11种钢种（表10），屈服硬度范围235～； 、A606、和标准中德国标准耐候钢的屈服硬度范围为310~。 中只有一种硬度钢级，根据物理成分不同分为A、B、K三个等级； 在中，硬度分为两个钢种：镀锌GR50和热轧GR45，并根据物理成分。 有两种类型的机器（Type2、Type4），对 Cu 含量的控制不同。
钢材的耐大气腐蚀性能通常用耐候指数I来衡量，I越大，耐候性越好。 耐候性指标是根据钢材的物理成分，根据以下公式提出并估算的：
(1)
ASTM相关标准中，耐候钢的物理成分比较简单，但要求耐候指数不得大于6.0。 国家标准对耐候钢的化学成分有更详细的规定，即使对耐候指数没有明确的规定，根据物理成分表估算的钢材耐候指数小于6.0。
对比中国和俄罗斯耐候钢标准（表10），国标耐候钢钢种更多，硬度等级覆盖范围更广。 国标耐候钢的屈服硬度随着厚板长度的减小而减小，德标耐候钢中部分钢种（、A588）的屈服硬度也随着厚板长度的减小而减小。厚板，但其他钢种（、A606）德标耐候钢在长度不小于100mm时屈服硬度保持不变。 当厚板长度不小于40mm时，国标耐候钢的热性能不高于相应钢级的德标耐候钢。
表10 中俄耐候钢热性能对比
5 铸造性能对比分析
我国铸造标准分为两大类：GB/-2009《一般工程用不锈钢铸造件》和GB/T7659-2010《焊接结构用铸件》。 日本铸造标准还分为/A27M《通用不锈钢零件零件标准》和/A216M《低温用烧蚀不锈钢零件标准》第二类。在国家标准GB/-2009中，通用-用途不锈钢产品根据铸件的屈服硬度分为5个钢级（屈服硬度200、230、270、310、），德国标准也分为5个钢级（U -60-30） 、60-30、65-35、70-36、70-40），但并不完全对应，国家标准GB/T7659-2010中点焊铸件按钢级分为5个钢级铸件的屈服硬度（屈服硬度200、230、270、300、），德国标准根据硬度分为WCA和WCB（屈服硬度分别为205、250、）三个钢级德标铸件最大屈服硬度为，国标铸件最大屈服硬度达到。
我国和俄罗斯通用铸件物理成分对比如表11所示，可见两者中P、S等有害成分的比例完全一致，国标铸件Si含量略低。 铸造材料中C和Mn的浓度随着硬度的降低而降低。 德国标准没有对冲击硬度的要求，这与国家标准不同。 由于中国和俄罗斯拉伸样品的标距不同，生产率和断面收缩率的数据难以直接比较，而且随着国标中铸件硬度等级的降低，生产率和断面收缩率的增速也随之提高。面积减少幅度越来越显着。
表11 通用铸件物理成分和热性能比较
注：ZG为国标铸件； U和GR是欧洲标准铸件。
中俄点焊铸件物理成分对比如表12所示。可以看出，国标中P、S等有害成分的比例低于德标，且碳含量也较低。 因此，国标点焊铸件的碳当量较低，焊接性较好。 德国标准没有对冲击硬度的要求，这与国家标准不同。
表12 可点焊铸件的物理成分和热性能比较
通过对中国和印度铸造标准的对比分析，我们可以看出：
1）对于点焊铸件，中国标准中有5种钢号，而德国标准只有3种； 中国和美国通用铸件标准中都有6种钢号，但硬度等级不一致； 德国标准没有屈服硬度低于的通用铸件和点焊铸件。
2）对于点焊铸件的延伸硬度，国家标准规定了最小值，而德国标准则规定了硬度范围。
3）国家标准对铸件有冲击功要求（美国标准和ISO标准都有要求），但德国标准没有冲击功要求。
4）中国和俄罗斯标准对破碎率试件的要求不同。 德国标准规定采用标距长度为2in（50mm）的试件，国标通常采用标准样品标距长度
5）铸造试件的热性能均采用基尔试块，但试块尺寸不同。 根据《铸钢件样棒标准》，德国标准采用4柱或2柱试块（图1）。 标准试块尺寸与铸件最大宽度有关，约为125mm×215mm； 国家标准按照GB/-2009，采用固定规格的三个标准试块，最大长度为50-110mm。 因此，两次测试的结果不能直接比较。
a——国家标准GB/规定的试块； b——美国标准规定的试块。
图1 铸件热性能单铸试块
6）需要预付款时，国家标准还规定了点焊铸件的碳当量（CE）。
7) 其他性能指标必须相同或相似。
6 钢铁替代品
国内很多钢结构工程采用欧美标准，欧美标准在很多地方是可以互换、互换的。 中国是世界上最大的钢铁生产国。 国内钢材质量逐年提高，钢材国家标准也在国际上逐步制定和完善。 由于工期和成本原因，常常需要更换钢材。 钢构件更换有两种形式：等硬度更换和等挠度更换。 当更换前后钢材硬度相同时，硬度相等意味着更换面积相等。 对于有抗震要求的钢材，还需要满足钢材屈强比和延伸率的设计要求。 对于高温工作环境下的钢材，还应满足钢材硬度的设计要求。
通过综合比较分析，国标Q235钢的屈服硬度大于德标/A36M钢，Q235钢的延伸硬度最小值也大于德标/A36M钢。 如果必须更换，建议使用国标钢材代替德标/A36M钢材。 但由于国产钢材的屈服硬度较低，有必要分析更换对预制构件硬度的影响。 当板长不小于40mm时，国标Q355钢的屈服点、拉伸硬度、延伸率控制指标与德标[345]钢相当，可替代。 当板长不小于50mm时，国标钢的屈服点、拉伸硬度、延伸率控制指标均优于德标[345]钢，可替代。
国标耐候钢的钢种比德标多，热性能基本相同，耐候指数也小于6.0。 并且由于钢材的耐候性与其物理成分和使用环境密切相关，相互替代需要更深入的研究。
美标铸件中没有屈服硬度低于的铸件，也没有冲击硬度的指标要求，而国标铸件的屈服硬度可达，国标铸件的钢种也较多。 事实上，国家标准和德国标准对铸件的性能指标有相同或相似的要求。 但由于铸造试件的热性能取样标准试块不同（美标的标准试块长度较长），性能指标不能直接代用。
7结论
通过对中印建筑钢结构标准中常用的碳素结构钢、低合金高硬度结构钢、耐候钢、铸钢的物理成分和热性能进行详细对比分析，总结如下：
1）中国和俄罗斯对于建筑钢结构所用的各种类型和牌号的钢材都有相应的标准，其性能和牌号相似但不相同。 德标钢的硬度通常不随厚板长度的减小而降低； 钢材拉伸试件的截取方向和标距长度不同，美标断裂后模量按固定标距200mm和50mm的厚度给出，而国标则采用标准标距； 据悉，冲击硬度并不是德标钢材的常规要求，项目需要时必须另行签订合同。
2）国标Q235、Q355钢中对钎焊质量有不良影响的S、P等有害元素的控制比相应的德标A36、钢略严格； 对C、Si、Mn元素的控制，国标Q235、Q345钢比德标钢相应硬度更严格。 因此，国标Q235、235GJ和Q355钢在焊接性方面优于德标。
3）国标Q235钢的硬度指标比德标A36钢低6%以上，且板长越大，差异越大。 当板长不小于40mm时，国标Q355钢的热性能指标与德标钢相当，可替代。 When the plate is not less than 50mm, the of steel are than steel and can be .
4) When the of the Q390 steel is not less than 40mm and the of the steel is not less than 100mm, the are not than the steel, and the and of the steel are than the . The of all of the Q420 and Q460 are equal to or lower than the of and , and the have .
5) The steel has more steel than the . They are the same in terms of , and the index is also less than 6.0. And the of steel is to its and use , of each other more in-depth .
6) the , the has more steel , and the of the level is ; the test of the test are , and the test block of the is . Other are to be the same or .
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3.
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Wu
总工程师
as Chief ; of of China Steel of ; of Steel ; of of China Steel of ; of .
