低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼基本介紹
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結(jié)構(gòu)鋼材出廠狀態(tài)、相關(guān)參數(shù)和注意事項(xiàng)
低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼:是指在冶煉過程中增添一些合金元素,其總量不超過5%的鋼材。加入合金元素后鋼材強(qiáng)度可明顯提高,是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定三個(gè)主要控制指標(biāo)都能充分發(fā)揮,尤其在大跨度或者重負(fù)荷結(jié)構(gòu)中有點(diǎn)更為突出,一般可比碳素結(jié)構(gòu)鋼節(jié)約20%左右用鋼量。
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,分為8個(gè)牌號,Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690;由于質(zhì)量不同分為A、B、C、D、E等級。
低合金高強(qiáng)度鋼按其主要性能和用途,可分為高強(qiáng)度用鋼、低溫用鋼和耐蝕用鋼三類:高強(qiáng)度用鋼這類鋼除高強(qiáng)度外還兼有優(yōu)良的低溫韌性,其主要特點(diǎn)和用途見表。這類鋼的產(chǎn)量在中國占低合金高強(qiáng)度鋼產(chǎn)量的80%以上,其中屈服強(qiáng)度35~40kgf/mm平方級的鋼種占大多數(shù),應(yīng)用為廣泛的是16Mn鋼。低溫用鋼它們屬于鐵素體型低溫用鋼。通過提高鋼的純凈度和降低鋼中磷、硫含量得到較低的韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度。這類鋼主要有09Mn2V(-70℃)、06MnNb(-90℃)、3.5%Ni(-100℃)和06AlNbCuN(-120℃),用于制作低溫設(shè)備的零部件。耐蝕用鋼這類鋼對大氣、海水、硫化氫等環(huán)境有一定程度的抗蝕能力,如10MnPNbRE鋼耐海洋大氣和海水腐蝕,用于船舶、板樁、井架;12MoAlV鋼適于制造煉油廠高溫硫化氫設(shè)備;10MoWVNb鋼在用于400℃氫、氮、氨高壓管方面效果較好。
目前,新型的低合金高強(qiáng)度鋼以低碳(≤0.1%)和低硫(≤0.015%)為主要特征。
常用的合金元素按其在鋼的強(qiáng)化機(jī)制中的作用可分為:固溶強(qiáng)化元素(Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等);細(xì)化晶粒元素(Al、Nb、V、Ti、N等);沉淀硬化元素(Nb、V、Ti等)以及相變強(qiáng)化元素(Mn、Si、Mo等)。
C在鋼中形成珠光體或彌散析出的合金碳化物,使鋼得到強(qiáng)化。在微合金鋼中為形成一定量的碳-氮化物,碳的含量只需要0.01~0.02%;所以降碳是這類鋼發(fā)展的必然趨勢,從而可大大改善鋼的韌性和焊接性能。
Mn高的Mn/C比對提高鋼的屈服強(qiáng)度和沖擊韌性有好處。錳能降低γ→α轉(zhuǎn)變溫度;有利于針狀鐵素體的形核;在加熱過程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度,從而增加了鐵素體中碳化物的彌散析出量。此外,由于高錳導(dǎo)致鋼的應(yīng)力/應(yīng)變特性的變化,可以抵銷鮑欣格效應(yīng)的強(qiáng)度損失。
Si多數(shù)低合金高強(qiáng)度鋼不用硅合金化,但在熱軋鐵素體-馬氏體多相鋼中,硅是不可缺少的添加元素。
Mo含鉬鋼(~0.15%Mo)有較高的強(qiáng)度,比傳統(tǒng)的鐵素體-珠光體鋼又有較高的韌性。鉬對鋼在冷卻過程中珠光體轉(zhuǎn)變有抑制作用。在針狀鐵素體鋼和超低碳貝氏體鋼中的含鉬量一般在0.2~0.4%。
Nb、V、Ti在低碳的錳鋼或低碳的錳-鉬鋼中添加0.05~0.15%Nb(或V、Ti),有明顯的晶粒細(xì)化和沉淀硬化作用。鈦在鋼中形成硫化物,改善沖擊吸收功的各向異性和冷成型性。
稀土元素(RE)微量(0.001%左右)稀土金屬,不影響鋼的強(qiáng)度。其主要作用是脫硫,它又是有效的硫化物形態(tài)控制元素,減小韌性的各向異性,防止鋼的層狀撕裂。
其他元素Ni、Cr、Cu等,在微合金鋼中固溶硬化并不十分有效,在非調(diào)質(zhì)鋼中一般控制在較低的含量范圍。
gb合金結(jié)構(gòu)鋼(3077-88)性能及用途
鋼組
牌號
性能
用途
Mn
20Mn2
正火后有較高的強(qiáng)度,良好的塑性、韌性和焊接性
適于用來制造鋼板和無縫鋼管。制作貯藏罐、反應(yīng)槽、型鋼及小零件、鉚釘、焊接支架、焊條等,也可作滲碳鋼,代替15Cr、20Cr鋼制造滲碳小齒輪、小軸、齒輪離合器、齒輪圈、軸齒輪、柴油機(jī)套管、汽車轉(zhuǎn)向滾車、汽頂門桿等
30MnN2
35Mn2
淬火、回火后有較高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性,焊接性不太好,做調(diào)質(zhì)鋼用
用于小截面的重要緊固件,可代40Cr鋼制造汽車拖拉機(jī)的車架縱梁、齒輪、軸、冷鍛螺栓、車軸等
40Mn2
45Mn2
強(qiáng)度、塑性和耐磨性都較好,但焊接性低,耐預(yù)熱到100-425℃后才能焊接
用于制造重負(fù)荷的零件,如軸、曲軸、柄桿、活塞桿、連桿等,也可用于制造高壓容器,如氧氣瓶等,還可代替40Cr制造直徑50mm以下的零件
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