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低合金鋼的牌號和化學成分及特性與利用

更新时间:2019-12-08 20:30人气:2238
牌號等級化學成分(質量分數)(%)C≤MnSi≤P≤S≤VNbTiAl≥Cr≤Ni≤Q295A0.160.80~1.500.550.0450.0450.02~0.150.015~0.0600.02~0.20B0.0400.040Q345A0.201.00~1.600.550.0450.0450.02~0.150.015~0.0600.02~0.20B0.0400.040C0.0350.0350.015D0.180.0300.0300.015E0.0250.0250.015Q390A0.201.00~1.600.550.0450.0450.02~0.200.015~0.0600.02~0.200.300.70B0.0400.0400.300.70C0.0350.0350.0150.300.70D0.0300.0300.0150.300.70E0.0250.0250.0150.300.70Q420A0.201.00~1.700.550.0450.0450.02~0.200.015~0.0600.02~0.200.400.70B0.0400.0400.400.70C0.0350.0350.0150.400.70D0.0300.0300.0150.400.70E0.0250.0250.0150.400.70Q460C0.201.00~1.700.550.0350.0350.02~0.200.015~0.0600.02~0.200.0150.700.70D0.0300.0300.0150.700.70E0.0250.0250.0150.700.70

(2)力學性能見表11 。

  普通低合金鋼   普通低合金鋼是一種含有少量合金元素(多數情況下其總量W總不超過3%)的普通合金鋼。這類鋼的強度比較高,綜合性能比較好,並具有耐腐蝕、耐磨、耐低溫順較好的切削性能、焊接性能等 在大量節約稀缺合金元素條件下,通常1噸普通低合金鋼可頂1.2-1.3噸碳素鋼使用,其使用壽命和使用範圍更是遠遠超過碳素鋼。普通低合金鋼可以用一般冶煉方法在平爐、轉爐中冶煉,本錢也和碳素鋼接近 低合金坯  普通低合金坯是一種含有少量合金元素(多數情況下其總量w總不超過3%)的普通合金坯。這類鋼的強度比較高,綜合性能比較好 ,並具有耐腐蝕、耐磨、耐低溫順較好的切削性能 、焊接性能等  在大量節約稀缺合金元素(如鎳、鉻)條件下,通常lt普通低合金鋼可頂1.2—1.3t碳素鋼使用,其使用壽命和使用範圍更是遠遠超過碳素鋼。普通低合金鋼可以用一般冶煉方法在平爐 、轉爐中冶煉,本錢也和碳素鋼接近 。 低合金鋼  低合金鋼由來   中國鋼產量已突破1億噸,鋼材數目不再是首要矛盾,鋼材品種結構不公道的矛盾十分突出。當前行業的首要任務是努力進步產品的市場競爭力,站在可持發展的新出發點上,把大力開發低合金鋼列進發展計謀的首要內容。很多普鋼企業在鋼材品種結構調整和編製科技發展規劃中,已意想到低合金鋼生產是進步產品技術含量和附加值的關鍵,對低合金鋼開發中碰到的各種題目心中無數,一些科技治理幹部覺得“成也低合金鋼,敗也低合金鋼”,迫切要求對低合金鋼有個全麵的了解。   按國際標準 ,把鋼區分為非合金鋼和合金鋼兩大類,非合金鋼是通常叫做碳素鋼的一大鋼類,鋼中除了鐵和碳以外,還含有爐料帶進的少量合金元素Mn、Si、Al,雜質元素P、S及氣體N、H、O等。合金鋼則是為了獲得某種物理、化學或力學特性而成心添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo 、V ,並對雜質和有害元素加以控製的另一類鋼。   原則上講,合金鋼分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼,顧名思義,以含有合金元素的總量來加以區分,總量低於3%稱為低合金鋼,5~10%為中合金鋼,大於10%為高合金鋼。在國內習慣上又將特殊質量的碳素鋼和合金鋼稱為特殊鋼,全國31家特鋼企業專門生產這類鋼,如優良碳素結構鋼、合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼 、碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、不鏽鋼、耐熱鋼、電工鋼,還包括高溫合金、耐蝕合金和精密合金等等。在鋼的分類上,近年雖努力向國際通用標準靠攏,但還有很多不同的地方。   ① 隨著特鋼向“特”、“精”、“高”發展,向深加工方向延伸,特鋼的領域愈來愈窄。美國特鋼協會將特鋼定位在工模具鋼、不鏽鋼、電工鋼、高溫合金和鎳合金。日本把結構鋼和高強度鋼回並在特鋼範疇。隨著我國普鋼企業的技術改造和工藝進步,特鋼企業的產品領域也在縮小,1999年普鋼廠已生產特鋼產品總量的34%。   ② 國外的低合金鋼,實際上是我們所熟悉的低合金高強度鋼,屬於特殊鋼範疇,在美國叫做高強度低合金鋼(HSLA—Steel) ,俄羅斯及東歐各國稱為低合金建築鋼,日本命名為高張力鋼。而在國內,首先是把低合金鋼劃進了普鋼範圍,概念上的區別導致在產品質量上的差異。在名稱上也幾經變化,如低合金建築鋼、普通低合金鋼、低合金結構鋼,至1994年叫做低合金高強度結構鋼(GB/T1591—94)。到目前為止 ,從發表的資料文獻來看 ,低合金鋼的名稱仍然隨著國家、企業和作者而異。   ③ 低合金鋼與碳素鋼、低合金鋼與合金鋼之間,明確劃出的概念是不存在的。在國外,50年代曾給低合金鋼下過定義,總的意思是 ,凡是合金元素總量在3%以下,屈服強度在275Mpa以上,具有良好的可加工性和耐腐蝕性,以型 、帶、板、管等鋼材外形,在熱軋狀況直接使用的軟鋼的替換品 。當然,在技術發展進程中,低合金鋼不論在合金含量、性能水平和交貨狀況,已有了很大的變化。   在我國,低合金鋼是一個更加籠統的鋼類,鋼材品種不僅含有低合金焊接高強度鋼,還包容了低合金衝壓鋼、低合金耐腐蝕鋼、低合金耐磨損鋼、低合金低溫鋼、甚至還納進了低、中碳含量的低合金建築鋼和中、高碳含量的低合金鐵道軌鋼。具有中國特色,但帶來的一個題目是缺乏與國外統計數據的可比性。   1.2 初期低合金鋼的發展   低合金鋼的出現可以追溯到19世紀的1870年,一種碳含量0.64~0.9%和鉻含量0.54~0.68%、抗拉強度685Mpa、彈性極限410Mpa鋼,第一次被采用於工程結構,建造了跨度158.5m的拱形橋梁。但這類鋼不理想也是十分明顯的,需要軋後熱處理,難以機械加工,耐蝕性又不良。隨後的1個多世紀的時間,世界各國不斷探索 ,大體上可以把低合金鋼區劃為三個不同特征的發展階段 ,在20世紀20年代之前 ,20~60年代及60年代今後 。前兩個階段姑且合稱為傳統的低合金鋼發展階段,後一階段可以稱為現代低合金鋼發展階段(後麵我們稱它為微合金鋼Microalloyed Steel)。   前一時期低合金鋼的重大發展有三個標誌:   ① 由單一元素合金化向多元素合金化發展   1895年曾采用0.40~0.56%C和3.5%Ni的鋼建造了***的“鷹”級驅逐艦,該鋼的加工性比初期的鉻鋼要好得多,屈服強度在355Mpa。20世紀初還用8000多噸含鎳的鋼建造了跨度為448m的橋梁,美中不足的是這類鋼的合金資本有限,本錢又高。此後開發了1.25%Si的低合金鋼,建造了橫渡大西洋的船舶和跨度110m的橋梁,***利用鐵銅混生礦源,曾開發了0.7~1.1%Cu的低合金鋼用於造船、建橋,這類鋼導電性好,抗腐蝕性良好 。   長達30多年的生產和利用經驗的積累,發現多元合金化的低合金鋼綜合性能更佳,經濟上更劃算,開發了二元合金化的Ni-Cr、Cr-Mn、Mn-V低合金鋼,和三元複合合金化的Cr-Mn-V、Cr-Mn-Si、Mn-Cu-P等低合金鋼。用處上也擴大到了鍋爐、容器、建築和鐵塔等方麵。20世紀20年代全世界的低合金鋼產量達到200萬噸。   ② 賦予低合金鋼的第一特征:低碳、可焊接   在工程結構廣泛采用焊接技術以後,給低合金鋼發展帶來深遠的影響 。為減小焊接熱影響區硬化和開裂、焊接接頭延性惡化,把低合金鋼的碳含量由0.6%降到0.4%,隨後又降至0.2%,至60年代末再降至0.18%,提出了焊接碳當量的可焊性判據。為了獲得高強度鋼不斷增高的強度需求,出現了兩條發展途徑,一個是進步合金含量,另一個是熱處理手段,各有益弊,至今屈服強度高於600Mpa的鋼仍采用熱處理 ,E級和F級船板仍規定正火狀況使用,再如鐵路鋼軌仍有合金化軌和全長淬火軌的兩種生產方式。   ③ 重視到鋼的冷脆傾向性和時效敏感性   二次世界大戰期間大量“自由”輪在運行中斷裂及很多鍋爐、容器的失效,重視到了鋼冷脆傾向與鋼的粗晶結構和有害元素P、S的含量有關,而鋼的時效傾向是由鋼中N所致,從而采取了降硫、鋁細晶化和控製終軋溫度等優化工藝。為了鋼結構的安全使用和壽命,同時還開發了低溫夏氏V型缺口衝擊、溫度梯度雙重拉伸、零塑性轉折落錘及BDWTT落錘撕裂等試驗方法及擬定了相應的斷裂韌性判據。   20~60年代間,產業發達國家的低合金鋼開發帶來了經濟的繁榮和現代化。據不完全統計,全世界成熟的低合金鋼鋼種牌號有2000餘個,形成了5大合金成分係列:   (1) 以德國St52鋼為代表的C-Mn鋼係列,日本的SM400 、我國的16Mn屬於這類鋼。   (2) 以美國Vanity鋼為代表的Mn-V-(Ti)鋼係列,構成了現代微合金化的先驅。   (3) 美國的含P-Cu鋼係列,代表鋼種有Corten和Mariner鋼,具有良好的耐大氣和海水腐蝕性。   (4) Ni-Cr-Mo-V鋼係列,如美國開發的淬火回火狀況T-1鋼板成功用於壓力容器的建造 。   1.3 我國低合金鋼的發展   50年代原冶金產業部鋼鐵研究院劉嘉禾為首的一批冶金學專家率先研製成功了16Mn鋼和15MnTi鋼 ,開創了中國低合金鋼領域,在此基礎上擬定了命名為低合金高強度鋼的第一個標準(YB13—58),列進12個鋼種牌號。1963年易名為低合金結構鋼(YB13—63),納進的鋼種牌號除Mn係列外 ,包括了結合我國富產資本所開發的V、Ti、Nb及稀土的低合金鋼,並由此派生出了橋梁、造船、容器、汽車大梁、礦用等專用鋼標準。其後修改的YB13—69,改為普通低合金鋼(簡稱普低鋼),誇大“普通”的意思在說明生產低合金鋼就像生產普通碳素鋼一樣,不需要特別的生產手段,簡便輕易,即可取得1噸頂1.3~1.5噸的經濟效益,此後長達20年難以消除它的負麵影響,至今全國行業鋼材品種結構調整時,還往往重視到低合金鋼高附加值的一麵 ,而忽視了低合金鋼的高技術含量一麵。1988年升級為國標時(GB—1591—88),回回到了低合金結構鋼的名稱,1994年頒布的現行標準更名為低合金高強度結構鋼,(GB/T1591—94),包括了屈服強度295—460Mpa 5個強度等級和A~E 5個質量等級,新標準的積極意義在於努力向國際規範靠攏。由於我國低合金鋼基礎研究日趨深進和生產規模日益擴大,在北京已連續召開了4屆(1985 、1990、1995及2000年)國際低合金高強度鋼會議,無疑這是對中國低合金鋼領域科技進步的肯定。   我國低合金鋼發展曆程可以劃分為4個階段:   1957~1969年   是低合金鋼開發的初創階段 ,第一個低合金鋼16Mn鋼與普碳鋼相比,具有高強度、高韌性、抗衝擊 、耐腐蝕等特性,它的開發適應了各行業產品大型化 、輕型化的趨勢,采用16Mn鋼所建造的的“東風”萬噸輪,顯示了節省鋼材、節約能源和延長產品壽命的優越性。   1966年召開了全國規模的第一次低合金鋼推廣利用會議 ,在計劃經濟條件下宏觀指導低合金鋼的發展。當年低合金鋼產量為141萬噸,據不完全統計,研製鋼號達345個,其中有54個鋼號納進了11個有關標準中。   1970~1974年   全力進行了鋼種清算工作,及時總結了開發中有益的經驗,收集了大量的試驗研究數據,合並和淘汰了一批無法組織批量生產或性能達不到預定指標的鋼號,化費四年時間的鋼種清算工作是十分有益的,減少了開發盲目性和無序狀況,完善了富有中國特色的低合金鋼體係。   1975~1983年   我國低合金鋼開發生產和利用等各方麵存在的題目很多,積重難返,顯示出了與客觀需求的不適應,合金資本上風未能轉化為產品上風 ,產品質量明顯低於國外同類同級產品的實物水平,16Mn、20MnSi、U71Mn 3個鋼號占低合金鋼總產量90%以上。   1984~2000年   這是一個中國低合金鋼的轉型期,從“六五”至“九五”期間,基本上實現了4個改變。   (1) 按國外先進標準生產低合金鋼   (2) 引進國外發展成熟的低合金鋼鋼號   (3) 按國外低合金鋼基礎研究成果,改造我國原本的傳統觀念設計的低合金鋼鋼號   (4) 跟上新型低合金高強度鋼(微合金鋼)的發展趨勢。   我國低合金鋼發展麵貌有了極大的變化 ,大大縮小了與國外低合鋼先進水平的差距。   1.4 現代低合金鋼的重大進展   自20世紀70年代以來,世界範圍內低合金高強度鋼的發展進進了一個全新時期 ,以控製軋製技術和微合金化的冶金學為基礎,形成了現代低合金高強度鋼即微合金化鋼的新概念。進進80年代,一個涉及廣泛產業領域和專用材料門類的品種開發,借助於冶金工藝技術方麵的成就達到了頂峰。在鋼的化學成分—工藝—組織—性能的四位一體的關係中,第一次突出了鋼的組織和微觀精細結構的主導地位,也表明低合金鋼的基礎研究已趨於成熟,之前所未有的新的概念進行合金設計 。 表11低合金高強度結構鋼的力學性能

牌號等級屈服點ós/Mpa≥抗拉強度ób/MPa伸長率δ5(%)≥衝擊吸收功Akv(縱向)/J≥厚度(直徑、邊長)/mm≤16>16~35>35~50>50~100+20℃0℃-20℃-40℃Q295A295275255235390~57023B2334Q345A345325295275470~63021B2134C2234D2234E2227Q390A390370350330490~65019B1934C2034D2034E2027Q420A420400380360520~68018B1834C1934D1934E1927Q460C460440420400550~7201734D1734E1727(3)用處見表12~表14。表12低合金高強度結構鋼的特性和利用牌號首要特性利用舉例Q295鋼中隻含有極少量的合金元素,強度不高,但有良好的塑性 、冷彎、焊接及耐蝕性能建築結構,產業廠房,低壓鍋爐,低、中壓化工容器,油罐,管道,起重機,拖拉機,車輛及對強度要求不高的一般工程結構Q345Q390綜協力學性能好,焊接性 、冷、熱加工性能和耐蝕性能均好,C、D、E級鋼具有良好的低溫韌性船舶 ,鍋爐,壓力容器,石油儲罐,橋梁,電站設備,起重運輸機械及其他較高載荷的焊接結構件Q420強度高,特別是在正火或正火加回火狀況有較高的綜協力學性能大型船舶,橋梁,電站設備 ,中、高壓鍋爐,高壓容器 ,機車車輛,起重機械 ,礦山機械及其他大型焊接結構件Q460強度最高,在正火,正火加回火或淬火加回火狀況有很高的綜協力學性能,全部用鋁補充脫氧,質量等級為C、D、E級,可保證鋼的良好韌性備用鋼種,用於各種大型工程結構及要求強度高,載荷大的輕型結構表13新舊低合金鋼的標準牌號對照新標準GB/T1591-1994舊標準GB1591-88Q29509MnV、09MnNb、09Mn2 、12MnQ34518Nb、09MnCuPTi、10MnSiCu、12MnV、14MnNb、16Mn、16MnREQ39010MnPNbRE、15MnV、15MnTi、16MnNbQ42014MnVTiRE、15MnVNQ460注:舊標準中尾數b為半平靜鋼。表14低合金結構鋼的特性和利用牌號首要特性利用舉例新標準GB/T1591-1994舊標準Q29509MnV09MnNb具有良好的塑性和較好的韌性、冷彎性、焊接性及一定的耐蝕性衝壓用鋼、用於製造衝壓件或結構件;也可製造拖拉機輪圈 、螺旋焊管、各類容器09Mn2塑性、韌性、可焊性均好,薄板材料衝壓性能和低溫性能均好低壓鍋爐鍋簡、鋼管、鐵道車輛、輸油管道、中低壓化工容器、各種薄板衝壓件12Mn與09Mn2性能相近。低溫順中溫力學性能也好低壓鍋爐板、船、車輛的結構件。低溫機械零件Q34518Nb含Nb平靜鋼,性能與14MnNb鋼相近起重機、鼓風機、化工機械等09MnCuFri耐大氣腐蝕用鋼,低溫衝擊韌性好,可焊性、冷熱加工性能都好濕潤多雨地區和腐蝕氣氛環境的各種機械12MnV工作溫度為-70°C低溫用鋼冷凍機械,低溫下工作的結構件Q34514MnNb性能與18Nb鋼相近工作溫度為-20~450°C的容器及其他結構件16Mn綜協力學性能好,低溫性能、冷衝壓性能、焊接性能和可切削性能都好礦山、運輸、化工等各種機械16MnRE性能與16Mn鋼相似,衝擊韌性和冷彎性能比16Mn好同16Mn鋼Q39010MnPNbRE耐海水及大氣腐蝕性好抗大氣和海水腐蝕的各種機械15MnV性能優於16Mn高壓鍋爐鍋筒、石油、化工容器、高應力起重機械、運輸機械構件15MnTi性能與15MnV基本相同與15MnV鋼相同16MnNb綜協力學性能比16Mn鋼高,焊接性、熱加工性和低溫衝擊韌性都好大型焊接結構,如容器、管道及重型機械設備Q42014MnVTiRE綜協力學性能 、焊接性能良好。低溫衝擊韌性特別好與16MnNb鋼相同15MnVN力學性能優於15MnV鋼。綜協力學性能不佳,強度雖高,但韌性、塑性較低 。焊接時,脆化傾向大。冷熱加工性尚好,但缺口敏感性較大大型船舶、橋梁、電站設備、起重機械、機車車

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