ASTMA572/A572M-GR50钢材代替Q345钢材的可行性分析

ASTMA572/A572M-GR50钢材代替Q345钢材的可行性分析

程亮

（山东电力建设第三工程公司）

摘要：分析ASTMA572/A572M-GR50钢材与国标Q345钢材各自的性能、市场性及经济性，总结两者的共性及差异，确定ASTMA572/A572M-GR50钢材在某些特定情况下代替Q345钢材的可行性。

关键词：材质、代替、性能、经济性、可行性

1引言

近年来，随着中国政府“一带一路”宏伟战略目标的一步步落地实施，中国电建企业逐渐走出国门并开始承建海外电站建设项目，中国的设备、材料也随之走向海外市场。Q345钢材做为中国最常用也是最常见的钢材有着全面而良好的耐磨、耐蚀、低温性能、冷冲压性能、焊接性能和可切削性能，常常被用来制作各种设备及钢结构建筑的立柱、梁等承力构件。在海外做EPC总承包的中国企业往往会由于各种原因急需在当地采购少量的Q345钢板的来满足项目建设的需求，但Q345钢材做为按照中国相关规范及标准的生产的钢材目前还很难在国外市场找到适时、适量及适价的货源。因此，寻求一种能够在各方面代替Q345钢材且在项目当地市场能够轻松找到货源的钢材便显得尤为重要，而ASTMA572/A572M-GR50钢材做为按照美国材料实验协会的标准规范生产的钢材早已活跃在全球大部分国家的钢材市场上。本文主要从钢材性能、市场性及经济性等方面将Q345钢材与ASTMA572/A572M-GR50钢材进行分析、对比，阐述ASTMA572/A572M-GR50钢材代替Q345钢材的可行性。

2Q345B钢材化学成分及性能分析：

Q345做为中国最常用也是最常见的钢材，属于低合金高强度结构钢（C<0.2%)，综合性能好，低温性能好，冷冲压性能，焊接性能和可切削性能好。广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。Q345钢材在电站建设领域的应用也较为广泛，如用于火力发电站各种厂房钢结构、锅炉、低温压容器、管道及各种临建用承力构件的制作。

Q345是一种低合金高强度结构钢，Q代表的是这种材质的屈服强度，后面的345指的是这种材质的屈服值在345兆帕左右，由上表“Q345刚才的纪要机械性能分析”可以看出来该材质屈服强度会随着材质厚度的增加而减小。

Q345按等级可分为Q345A，Q345B，Q345C，Q345D，Q345E，从A到E一次增高，主要由于磷元素和硫元素等微量元素含量不同造成的冲击温度有所不同。

Q345A级，是不做冲击；

Q345B级，是20度常温冲击，且aKv≥34J；

Q345C级，是0度冲击，且aKv≥34J；

Q345D级，是－20度冲击，且aKv≥34J；

Q345E级，是－40度冲击，且aKv≥27J。

在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。

3ASTMA572/572M-GR50钢材化学成分及性能分析：

ASTMA572/572M-GR50钢材中ASTMA572/572M是执行的规范标准，GR后面是指这种钢材的屈服强度等级，单位是KSI，比如GR50，屈服强度大于或等于50×6.9=345MPa。

ASTMA572/572M-GR50是根据美国材料与试验协会“A572/A572M-07”标准规范生产的钢材，该材质属于高强度低合金铌-钒结构钢，共分5个质量等级，分别为GR42、GR50、GR55、GR60、GR65，其对应的最小屈服强度分别为290MPa、345MPa、380MPa、415MPa、450MPa。其中42（290）级、50（345）级、55（380）级适用于铆接、螺栓连接或焊接结构件，60（415）级和65（450）级用于桥梁铆接及螺栓连接结构件或其他用途的焊接结构件。

根据上表“ASTMA572/A572M-GR50钢材主要机械性能分析”可以看出来ASTMA572/572M-GR50材质任何规格的钢材屈服强度最小值为345MPa,抗拉强度随着钢材公称厚度的减小而阶梯型增大，且最小抗拉强度为450MPa，且A572/572M-GR50在0℃的aKv≥34J。

4ASTMA572/A572M-GR50钢材代替Q345钢材可行性分析：

4.1化学成分对比、分析：

对比A572GR50与Q345两种钢材的化学成分，铁元素（Fe）含量均≥95%，且同属于低合金高强度结构钢，主要微量元素均为碳元素（C）、硅元素（Si）、锰元素（Mn）、磷元素（P）及硫元素（S）。

钢材中碳元素（C）含量的增加，其屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳含量超过0.23%时，钢材的焊接性能变差。根据对应的规范标准，GR50与Q345钢材的碳含量均≤0.23，按照国际焊接学会推荐的钢材碳当量的计算公式Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5计算出GR50钢材的碳当量Ceq=0.45%,而Q345钢材的碳当量Ceq=0.49%。由此可见GR50钢材的焊接性能略好于Q345钢材，但两者的焊接性能均不是很好，因此焊接时均需制定严格的焊接工艺措施。

硅元素（Si）在炼钢过程中做为还原剂和脱氧剂，在GR50钢材中含量≤0.40，在Q345钢材含量≤0.50，对两种钢材各方面的性能几乎没有影响。

锰元素（Mn）在炼钢过程中在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，钢材中锰元素不但能使钢材有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。但随着现代工业的发展及科技的不断进步，各种微量元素在钢板中的应用也更加广泛，锰元素（Mn）含量不再是影响钢材强度和机械性能的唯一因素，对比Q345钢材规定锰元素（Mn）含量≤1.70及A572-GR50钢材中锰元素（Mn）含量≤1.35，两种钢材只规定了锰元素（Mn）含量的最大值，其微小的差异对钢材本身的性能影响有限。

在一般情况下，磷元素（P）是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。因此从这方面分析，Q345钢材的规范标准略严格于ASTMA572/A572M-GR50钢材的规范标准。

硫元素（S）在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性。因此在这方面Q345钢材的规范标准略严格于ASTMA572/A572M-GR50钢材的规范标准。

4.2机械性能分析、对比：

以板材为例，Q345材质钢板的最小屈服强度随着板材公称厚度的增加而逐渐减小，甚至厚度为80mm-100mm区间的钢板其规范标准要求的最小屈服强度已降低到305MPa。而ASTMA572/A572M-GR50材质钢板在全规格范围内的最小屈服强度为345MPa，因此其规范标准明显高于Q345钢材的规范标准。

Q345钢材在全规格范围内的抗拉强度的要求是470-630MPa,而ASTMA572/A572M-GR50与Q345钢材的化学成分及机械性能钢板只规定了最小抗拉强度为450MPa。钢材的抗拉强度是指材料在拉伸过程中从开始到断裂时达到的最大应力值，而钢材在实际使用时有其对应的许用应力值，许用应力值是材料在实际使用中综合各种因素考虑对材料的屈服强度取了一定的安全系数得来的，材料的许用应力值一定小于屈服强度。因此，上述两种钢材抗拉强度的微小差异对材料在实际使用中无影响。

4.3市场性分析分析、对比：

ASTM即美国材料与试验协会的前身是国际材料试验协会（IATM），成立于1898年。1902年在国际材料试验协会分会第五届年会上，宣告美国分会正式独立，取名为美国材料试验学会(AmericanSocietyforTestingMaterials)。随着美国工业化道路的发展，其业务范围的不断扩大，1961年该组织又将其名称改为延用至今的美国材料与试验协会(AmericanSocietyforTestingandMaterials,ASTM)。由于ASTM的标准规范技术领先，适用范围广，国际影响深远，因此，后续工业化发展的国家常常全盘或部分采用。目前，按照ASTM规范标准生产的钢材活跃在国际上大部分地区、国家的钢材市场上，而ASTMA572/A572M-GR50钢材做为工业中最普通、常用的高强度低合金结构

钢，在大多数国家的市场上都能够及时找到充足的货源。

由于中国工业化道路起步较晚，初期发展较慢，而“GB/T”即推荐性国家标准规范做为中国国家标准在一定程度上参考、借鉴了代表先进技术的ASTM规范标准。根据该规范标准生产的钢材大多用于中国国内设计与工业建设中，虽然近些年来，中国的企业也陆续走出国门，不断拓展海外市场，中国的设计与钢材也随之进入海外市场，但因为市场占有率较低，因此，目前Q345的钢材在没有预定的情况下很难在海外市场上采购到现货。

4.4经济性分析、对比：

通过对中国国内市场上两者钢材的市场成交价格进行调查，发现ASTMA572/A572M-GR50钢材单价略高于Q345B钢材，但与Q345C价格相当。相对于从国内市场采购Q345钢材再运输到海外市场，选择在海外市场直接采购ASTMA572/A572M-GR50钢材代替Q345B钢材就节省了运输的费用。

5结论

通过对比、分析ASTMA572/A572M-GR50与Q345钢材的化学成分及机械性能，发现两者的化学成分极其接近，机械性能也十分匹配，甚至ASTMA572/A572M-GR50钢材的力学性能在某些方面明显优于Q345钢材。因此，只要是合格的产品，ASTMA572/A572M-GR50钢材在一定条件下能够代替Q345钢材用于工程建设，且具有良好的市场性及经济性。

参考文献

[1]GB/T1591-2008代替GB/T1591-1994低合金高强度结构钢.

[2]ASTMA572/A572M-07High-StrengthLow-AlloyColumbium–VanadiumStructuralSteel.