建筑钢结构用钢,不论是碳素结构钢或低合金结构钢,都是含碳量小于0.25%的铁碳合金,其中铁是较基本的元素,约占化学成分的98%或更高数值,但影响钢材材质的却是含量仅为百分之几的其他元素,包括有碳、各种合金元素和杂质元素,它们对钢材材质的影响有正负两方面作用,既有增加强度功能,同时往往对钢材的塑性、韧性有不利影响,只有少量的合金元素,其负面效应甚微。
碳素结构钢,常规的化学成分分析是指碳、硅、锰、硫、磷(n、S、P)五元素。其中碳是形成钢材强度的主要元素,并直接影响钢材的可焊性,随着含碳量的增加,钢材的硬度和耐磨性、屈服点和抗拉强度都将提高,但塑性和韧性,尤其是负温冲击韧性下降很多,冷弯性能明显下降,可焊性恶化,因此钢结构选用钢材的含碳量不宜太高,一般不应**过0.22%,对于焊接结构的钢材,更须控制含碳量和碳当量硅(Si)通常作为脱氧剂加人普通碳素钢中,用以治炼质量较高的镇静钢.适量的硅对钢材的塑性、冲击韧性、冷弯及可焊性均无显着的不良影响。一般镇静锅的含硅量为0.10%~0.30%,半镇静钢的含硅量为0.05%~0.10%,而沸腾钢的含硅量只有痕迹(不大于0.07%)。
锰(Mn)是一种弱脱氧剂,适当的含锰量可以有效地增加钢材的强度、硬度和耐磨性,同时又能消除硫、氧对钢材的热脆影响,但若含量过高,冷裂放形成倾向将成为主要问题,所以含锰量有上限限制.
我国碳素结构钢的含锰量范固为钢材成品的允许偏差是+0.05%和-0.03%硫(S)和磷(P)在碳素结构钢中都属于杂质,是有害元素。硫的存在可能导致钢材的热脆现象,同时硫又是钢中偏析较严重的杂质之一,片状硫化物的夹液存在,常常是钢板产生层状撕裂的原因,因此,质量愈好的钢材对含硫量控制愈严格,一殷情况,含硫量应小于0.05%,要求较严格的可低于0.008%。磷的存在虽可提尚钢材的强度和抗腐蚀性能,但会严重降低钢材的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性,特在低温时,使钢材变得很脆(冷脆性)。磷亦是一个易于偏析的元素,比硫的偏析还严重,因此磷的含量也必须严格限制,不应**过0.045%。但值得一提的是,当铜、磷两元素在钢*有时,其弊端会相互抵消,再适当降低含碳量(C≤0.12%)后,其强度、韧性、可焊性等均有较好实现,铜磷钢是在国内外现在都已得到公认的耐候钢系列之一,其含磷量可高达0.07%~0.15%。低合金结构钢中的合金元素以锰(Mn)、钒(V)、铌(Nb)、钛(T)和铬(Cr)、镍(Ni)等为主。钒、铌、钛等元素全属添加元素,都能明显提高钢材强度,细化晶粒改善可焊性。
建筑结构钢主要由氧气转炉和平炉来冶炼,电炉由于生产成本高,适用于冶炼质量高要求的钢号。从化学成分波动的范围及其平均值结果来看,平炉钢和氧气转炉钢是很接近的,可以认为这两种方法冶炼的钢,在化学成分和各项性能上基本相同,所以国家标准中都明确规定“除非需方有特殊要求,冶炼方法一般由供方选择。”钢在冶炼过程中生成有氧化铁及其固溶体等杂质,均会增加钢的热脆性,使钢的轧制性能变坏,在冶炼快结束时,钢水中含氧量较高(约在0.02%~0.07%之间),浇铸前需对钢水进行脱氧,使之与氧化铁反应生成氧化物后随钢渣排出。由于所用脱氧方法、脱氧剂的种类和数量不同,较终脱氧效果也差别很大,形成有镇静钢、半镇静钢和沸腾钢的区别。