低合金高强度结构钢基本介绍

　　

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　　结构钢材出厂状态、相关参数和注意事项

　　

　　低合金高强度结构钢：是指在冶炼过程中增添一些合金元素，其总量不超过5%的钢材。加入合金元素后钢材强度可明显提高，是钢结构构件的强度、刚度、稳定三个主要控制指标都能充分发挥，尤其在大跨度或者重负荷结构中有点更为突出，一般可比碳素结构钢节约20%左右用钢量。

　　

　　标准中规定，分为8个牌号，Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690；由于质量不同分为A、B、C、D、E等级。

　　

　　低合金高强度钢按其主要性能和用途，可分为高强度用钢、低温用钢和耐蚀用钢三类：高强度用钢这类钢除高强度外还兼有优良的低温韧性，其主要特点和用途见表。这类钢的产量在中国占低合金高强度钢产量的80%以上，其中屈服强度35～40kgf/mm平方级的钢种占大多数,应用为广泛的是16Mn钢。低温用钢它们属于铁素体型低温用钢。通过提高钢的纯净度和降低钢中磷、硫含量得到较低的韧性－脆性转变温度。这类钢主要有09Mn2V（－70℃）、06MnNb(-90℃)、3.5%Ni(-100℃)和06AlNbCuN(-120℃)，用于制作低温设备的零部件。耐蚀用钢这类钢对大气、海水、硫化氢等环境有一定程度的抗蚀能力,如10MnPNbRE钢耐海洋大气和海水腐蚀,用于船舶、板桩、井架；12MoAlV钢适于制造炼油厂高温硫化氢设备;10MoWVNb钢在用于400℃氢、氮、氨高压管方面效果较好。

　　

　　目前，新型的低合金高强度钢以低碳(≤0.1%)和低硫(≤0.015%)为主要特征。

　　

　　常用的合金元素按其在钢的强化机制中的作用可分为：固溶强化元素(Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等)；细化晶粒元素(Al、Nb、V、Ti、N等);沉淀硬化元素(Nb、V、Ti等)以及相变强化元素(Mn、Si、Mo等)。

　　

　　C在钢中形成珠光体或弥散析出的合金碳化物,使钢得到强化。在微合金钢中为形成一定量的碳－氮化物，碳的含量只需要0.01～0.02%；所以降碳是这类钢发展的必然趋势，从而可大大改善钢的韧性和焊接性能。

　　

　　Mn高的Mn/C比对提高钢的屈服强度和冲击韧性有好处。锰能降低γ→α转变温度；有利于针状铁素体的形核；在加热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度，从而增加了铁素体中碳化物的弥散析出量。此外,由于高锰导致钢的应力/应变特性的变化,可以抵销鲍欣格效应的强度损失。

　　

　　Si多数低合金高强度钢不用硅合金化，但在热轧铁素体-马氏体多相钢中，硅是不可缺少的添加元素。

　　

　　Mo含钼钢（～0.15%Mo）有较高的强度，比传统的铁素体－珠光体钢又有较高的韧性。钼对钢在冷却过程中珠光体转变有抑制作用。在针状铁素体钢和超低碳贝氏体钢中的含钼量一般在0.2～0.4%。

　　

　　Nb、V、Ti在低碳的锰钢或低碳的锰-钼钢中添加0.05～0.15%Nb(或V、Ti)，有明显的晶粒细化和沉淀硬化作用。钛在钢中形成硫化物，改善冲击吸收功的各向异性和冷成型性。

　　

　　稀土元素(RE)微量(0.001%左右)稀土金属,不影响钢的强度。其主要作用是脱硫，它又是有效的硫化物形态控制元素，减小韧性的各向异性，防止钢的层状撕裂。

　　

　　其他元素Ni、Cr、Cu等，在微合金钢中固溶硬化并不十分有效，在非调质钢中一般控制在较低的含量范围。

　　

　　gb合金结构钢（3077-88）性能及用途

　　

　　钢组

　　

　　牌号

　　

　　性能

　　

　　用途

　　

　　Mn

　　

　　20Mn2

　　

　　正火后有较高的强度，良好的塑性、韧性和焊接性

　　

　　适于用来制造钢板和无缝钢管。制作贮藏罐、反应槽、型钢及小零件、铆钉、焊接支架、焊条等，也可作渗碳钢，代替15Cr、20Cr钢制造渗碳小齿轮、小轴、齿轮离合器、齿轮圈、轴齿轮、柴油机套管、汽车转向滚车、汽顶门杆等

　　

　　30MnN2

　　

　　35Mn2

　　

　　淬火、回火后有较高的强度、韧性和耐磨性，焊接性不太好，做调质钢用

　　

　　用于小截面的重要紧固件，可代40Cr钢制造汽车拖拉机的车架纵梁、齿轮、轴、冷锻螺栓、车轴等

　　

　　40Mn2

　　

　　45Mn2

　　

　　强度、塑性和耐磨性都较好，但焊接性低，耐预热到100-425℃后才能焊接

　　

　　用于制造重负荷的零件，如轴、曲轴、柄杆、活塞杆、连杆等，也可用于制造高压容器，如氧气瓶等，还可代替40Cr制造直径50mm以下的零件

　　

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