結(jié)構(gòu)鋼的種類

1、第一節(jié)結(jié)構(gòu)鋼的種類、規(guī)格、用途結(jié)構(gòu)鋼是指符合特定強度和可成形性等級的鋼。可成形性以抗拉試驗中斷后伸長率表示。結(jié)構(gòu)鋼一般用于承載等用途，在這些用途中鋼的強度是一個重要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)鋼包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、耐熱結(jié)構(gòu)鋼等。一、碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是碳素鋼的一種。含碳量約0.05%0.70%,個別可高達0.90%。碳素鋼是指碳含量低于2%并有少量硅、鎰以及磷、硫等雜質(zhì)的鐵碳合金。工業(yè)上常指含碳量小于1.35%,除鐵、碳和限量以內(nèi)的硅、鎰、磷、硫等雜質(zhì)外，不含其他合金元素的鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量。含碳量增加，鋼的強度、硬度升高，塑性、韌性和可焊性降低。與其它鋼類相比，碳素鋼

2、使用最早，成本低，性能范圍寬，用量最大。(一)分類1.按含碳量分為：(1)低碳鋼(碳含量為0.04%0.25%)(含碳量小于0.04%時稱為工業(yè)純鐵。(2)中碳鋼(碳含量為0.25%0.6%)(3)高碳鋼(碳含量為0.6%1.35%)2 .按質(zhì)量分為：(1)普通碳素鋼，其有害雜質(zhì)磷、硫含量均小于0.05%。包括：甲類鋼：A類鋼，保證力學(xué)性能乙類鋼：B類鋼，保證化學(xué)成分特類鋼：C類鋼，保證力學(xué)性能和化學(xué)成分)如：Q235A,Q235B,Q235C,Q235D,SS400等。(SS400:第一個S表示鋼(Steel),第二個S表示"結(jié)構(gòu)"(Structure),400為下限抗拉

3、強度400MPa整體表示抗拉強度為400MPa的普通結(jié)構(gòu)鋼)。(2)優(yōu)質(zhì)碳素鋼，有害雜質(zhì)磷、硫含量均小于0.04%;高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼，有害雜質(zhì)磷、硫含量小于0.03%如：45,S50C,S45c,P20等等。3 .按用途分為(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各種結(jié)構(gòu)件和機器零件，一般屬低碳鋼和中碳鋼；(2)碳素工具鋼用于制造刀具、量具、模具等，一般屬高碳鋼。(二)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼簡稱普通碳素鋼，這種鋼含有害雜質(zhì)(P、S等)和非金屬夾雜物較多，但價格便宜，用途很多，用量很大，主要用于鐵道、橋梁、各類建筑工程，制造承受靜載荷的各種金屬構(gòu)件及不重要不需要熱處理的機械零件和一般焊接件。它的含碳量多數(shù)在0.30%

4、以下，含鎰量不超過0.80%,強度較低，但塑性、韌性、冷變形性能好。除少數(shù)情況外，一般不作熱處理，直接使用。多制成條鋼、異型鋼材、鋼板等。1 .牌號這類鋼主要保證力學(xué)性能，故其牌號體現(xiàn)其力學(xué)性能。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號，由代表屈服點的漢語拼音字母“Q”、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號和脫氧方法四個部分按順序組成。質(zhì)量等級符號用A、B、C、D表示，質(zhì)量等級不同，含S、P的量依次降低，鋼材質(zhì)量依次提高。其中A級的硫、磷含量最高，D級的硫、磷含量最低，脫氧方法符號用F、b、Z、TZ表示，F(xiàn)是沸騰鋼，b是半鎮(zhèn)靜鋼，Z是鎮(zhèn)靜鋼，TZ是特殊鎮(zhèn)靜鋼。Z與TZ符號在鋼號組成表示方法中予以省略。例如Q235-A-F表示屈服

5、點為235Mpa的A級沸騰鋼，Q235-C表示屈服點為235Mpa的C級鎮(zhèn)靜鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼按照鋼材屈服強度分為5個Q195、Q215A、Q215BQ235AQ235BQ235C、Q235DQ255AQ255BQ275每個牌號由于質(zhì)量不同分為A、B、C、D等級，最多的有四種，有的只有一種。2 .用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼一般情況下都不經(jīng)熱處理，而在供應(yīng)狀態(tài)下直接使用。通常Q195、Q215、Q235鋼碳的含量低，焊接性能好，塑性、韌性好，有一定強度，常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)和制造普通螺釘、螺母等零件。Q255和Q275鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍高，強度較高，塑性、韌性較好，可進行焊接，通常

6、軋制成型鋼、條鋼和鋼板作結(jié)構(gòu)件以及制造簡單機械的連桿、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、銷等零件。(三)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。這種鋼含有害雜質(zhì)(P、S等)和非金屬夾雜物較少，機械性能比較均勻和優(yōu)良，力學(xué)性能好，可經(jīng)熱處理后使用。1 .牌號用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示該鋼的平均含碳量萬分?jǐn)?shù)。例如：45表示平均含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；08表示平均含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；根據(jù)含鎰量分為普通含鎰量(小于0.80%)和較高含鎰量(0.80%1.20%)兩組。較高含鎰量鋼在牌號后面標(biāo)出元素符號“Mn”。例如50Mn。若為沸騰鋼或?qū)Ｓ娩?，則在牌號后面標(biāo)出規(guī)定的符號。如：10F系平均含碳量為0.10%的優(yōu)質(zhì)碳

7、素結(jié)構(gòu)鋼，沸騰鋼；20g系平均含碳量為0.20%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，鍋爐用鋼。2 .用途含碳量在0.25%以下，多不經(jīng)熱處理直接使用，或經(jīng)滲碳、碳氮共滲等處理，制造中小齒輪、軸類、活塞銷等；含碳量在0.25%0.60%,典型鋼號有40,45,40Mn,45Mn等，多經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，制造各種機械零件及緊固件等；含碳量超過0.60%,如65,70,85,65Mn,70Mn等，多作為彈簧鋼使用。0825屬于低碳鋼，這類鋼的強度、硬度、塑性、韌性及焊接性良好，主要用于易于接受各種加工如鍛造，焊接和切削。常用于制造鏈條，挪釘，螺栓，軸等。大多不經(jīng)熱處理用于工程結(jié)構(gòu)件，有的經(jīng)參碳和其他熱處理用于要求耐磨的機械零

8、件。其冷成形性良好，可采用卷邊、折彎、沖壓等方法進行加工。3055屬于中碳鋼，具有較高的強度、硬度，熱加工及切削性能良好，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，可獲得良好的綜合機械性能。焊接性能較差。塑性和韌性隨著含碳量的增加而降低?？刹唤?jīng)熱處理，直接使用熱軋材、冷拉材，亦可經(jīng)熱處理后使用。60鋼以上的牌號屬高碳鋼，具有較高的強度、硬度和彈性，焊接性不好，切削性差，冷變形塑性差，主要用于制造彈簧及耐磨件。二、合金結(jié)構(gòu)鋼隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對鋼提出了越來越高的要求。如：良好的綜合機械性能，及高強度、高韌性、耐磨，耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。所以碳鋼已不能滿足上述要求，必須采用各種合金鋼。為了改善鋼的某

9、些性能或使之獲得某些特殊性能，而在煉鋼時有意加入的元素，稱為合金元素。含有合金元素的鋼，叫合金鋼。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに嚕色@得高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。合金鋼的主要合金元素有硅、鎰、銘、饃、鋁、鴇、鈿、鈦、鋸、錯、鉆、鋁、銅、硼、稀土等。(一)合金鋼1 .合金元素在鋼中的主要作用(1)強化鐵素體(2)形成合金碳化物(3)細化晶粒(4)提高鋼的淬透性(5)提高鋼的回火穩(wěn)定性2 .分類(1)按合金元素含量多少分為低合金鋼(含量V5%)中合金鋼(含量5%10%)高合金鋼(含量10%)(2)按質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)合金鋼、特質(zhì)合金鋼；(3)按特性和用途分

10、為合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼(如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼)等。3 .合金鋼牌號我國合金鋼牌號采用碳含量、合金元素的種類及含量、質(zhì)量級別來編寫。合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號采用兩位數(shù)字(碳含量)+元素符號(或漢字)+數(shù)字表示。前面兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；元素符號(或漢字)表明鋼中含有的主要合金元素，后面的數(shù)字表示該元素的含量。表示方法說明(1)合金元素含量小于1.5%時不標(biāo)，平均含量為1.5%2.5%,2.5%3.5%,時，則相應(yīng)地標(biāo)出2,3,例如：40Gr鋼為合金結(jié)構(gòu)鋼，平均含碳量為0.40%,主要合金元素為銘，其含量在1.5%以下

11、。60Si2Mn鋼為合金結(jié)構(gòu)鋼，平均含碳量為0.60%,主要合金元素鎰含量小于1.5%,平均含硅量為2%(2)合金工具鋼的牌號和合金結(jié)構(gòu)鋼的區(qū)別僅在于碳含量的表示方法，它用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，當(dāng)含碳量大于等于1.0%時，則不予標(biāo)出。例如：9SiGr鋼為合金工具鋼，平均含碳量為0.90%,主要合金元素為硅、銘，含量均小于1.5%。Gr12MnV鋼為合金工具鋼，平均含碳量大于等于1.0%,主要合金元素銘的平均含量為12%,鋁和鈕的含量均小于1.5%。(3)高速鋼平均含碳量小于1.0%時，其含碳量也不予標(biāo)出。例如：W18Gr4V鋼的平均含碳量為0.7%0.8%。(4)特殊性能鋼的牌號和合

12、金工具鋼的表示方法相同。例如：不銹鋼2Gr13表示含碳量為0.20%,平均含銘量為13%o當(dāng)含碳量為0.03%0.10%時，含碳量用0表示，含碳量小于等于0.03%時，用00表示，例如：0Gr18Ni9鋼的平均含碳量為0.03%0.10%;00Gr30Mo2鋼的平均含碳量為0.03%。(5)特殊專用鋼，為表示鋼的用途，在鋼的牌號前面冠以漢語拼音字母字頭，而不標(biāo)含碳量，合金元素含量的標(biāo)注也和上述有所不同。滾動軸承鋼前面標(biāo)“G'(“滾”字的漢語拼音字母字頭)例如：GGr15表示銘元素后面的數(shù)字是表示含銘量千分?jǐn)?shù)，其他元素仍按百分?jǐn)?shù)表示。GGr15SiMn表示含銘量為1.5%,硅、鎰含量均小

13、于1.5%的滾動軸承鋼。（二）合金結(jié)構(gòu)鋼1 .合金結(jié)構(gòu)鋼用途用于制造重要工程結(jié)構(gòu)和機器零件的鋼稱為合金結(jié)構(gòu)鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼要求具有較高的屈服強度、抗拉強度和疲勞強度，還有足夠的塑性和韌性。一般采用電弧爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉，要求高的采用爐外精煉、電渣重熔或真空處理、真空感應(yīng)爐冶煉或雙真空冶煉、合適的熱處理。這類鋼的合金元素含量都相當(dāng)高，主要有耐蝕鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼以及具有其他特殊物理和化學(xué)性能的特殊鋼。合金結(jié)構(gòu)鋼廣泛用于船舶、車輛、飛機、導(dǎo)彈、兵器、鐵路、橋梁、壓力容器、機床等結(jié)構(gòu)上。合金結(jié)構(gòu)鋼比碳素鋼有更好的力學(xué)性能，特別是熱處理性能優(yōu)良。合金結(jié)構(gòu)鋼按用處可分為工程用鋼和機械制造用鋼兩類。

14、2 .工程用鋼，又稱低合金結(jié)構(gòu)鋼這類鋼是含少量合金元素的低碳結(jié)構(gòu)鋼，故又名普通低合金結(jié)構(gòu)鋼。主要用于各種工程結(jié)構(gòu)，如建筑鋼架、橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。（1）性能要求1）高強度：一般屈服強度在300MPa以上。2）高韌性：要求延伸率為15%20%,對于大型焊接構(gòu)件，還要求有較高的斷裂韌性。3）良好的焊接性能和冷成型性能。4）低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。5）良好的耐蝕性。（2）成分特點1） 低碳：由于韌性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳含量不超過0.20%。2） 加入以鎰為主的合金元素。3） 加入鋁、鈦或鈕等輔加元素：少量的鋁、鈦或鈕在鋼中形成細碳化物或碳氮化物，有利

15、于獲得細小的鐵素體晶粒和提高鋼的強度和韌性。此外，加入少量銅（W0.4%）和磷（0.1%左右）等，可提高抗腐蝕性能。加入少量稀土元素，可以脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能。（3）熱處理特點這類鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需要進行專門的熱處理。使用狀態(tài)下的顯微組織一般為鐵素體+索氏體。（4）常用低合金結(jié)構(gòu)鋼分類1）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼主要牌號：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。此類鋼中除含有一定量硅或鎰基本元素外，還含有其他適合我國資源情況的元素。如銳（V）、鋁（Nb）、鈦（Ti）、鋁（Al）、鋁（Mo）氮（N）、和稀土（RE）等微量元素。按化學(xué)成分和性能要求，其牌號由

16、Q295A、B,Q345A、B、C、DXE,Q390A、B、CD、E,Q420A、B、CDE,Q460CD、E等鋼級表示，其含義同碳素結(jié)構(gòu)鋼。V、Nb、Ti、Al等細化晶粒微量元素，在此類鋼中除A、B級鋼外，其C、D、E級鋼中至少應(yīng)含有其中的一種；為了改善鋼的性能，A、B級鋼中亦可以加入其中的一種。另外，此類鋼的Cr、Ni、Cu殘余元素含量各不大于0.30%。Q345A、B、C、D、E是此類鋼的代表牌號，其中A、B級鋼通常稱16Mn；C級以上鋼需加入一個以上微量元素，其力學(xué)性能中增加1項低溫沖擊性能。此類鋼同碳素結(jié)構(gòu)鋼比，具有強度高、綜合性能好、使用壽命長、應(yīng)用范圍廣、比較經(jīng)濟等優(yōu)點。該鋼多軋

17、制成板材、型材、無縫鋼管等。2）耐候鋼，即耐大氣腐蝕鋼鋼的合金成份及重量百分比含量為：C:0.120.21Si:0.22.0Mn：0.72.0SW0.036、PW0.034Cu：0.100.40、AlV0.2其余為Fe和微量雜質(zhì)。主要用于鐵道、車輛、橋梁、塔架等長期暴露在大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。耐候鋼通過Cu、Mn、Si、Al等合金化，并簡單調(diào)整普通低碳鋼（Q235鋼）的部分元素含量，在不需改變Q235鋼生產(chǎn)工藝條件下，就能生產(chǎn)出具有良好的耐大氣腐蝕性能、綜合機械性能的經(jīng)濟耐候鋼。耐候鋼（即耐大氣腐蝕鋼）是介于普通鋼和不銹鋼之間的價廉物美的低合金鋼系列，與不銹鋼相比，耐候鋼只有微量的合金元素，諸如

18、磷、銅、銘、饃、鋁、鋁、鈕、鈦等，合金元素總量僅占百分之幾，而不像不銹鋼那樣，達到百分之十幾，因此價格較為低廉。耐候鋼由普碳鋼添加少量銅、饃等耐腐蝕元素而成，具有優(yōu)質(zhì)鋼的強韌、塑延、成型、焊割、耐磨耐蝕、高溫、疲勞等特性；耐候性為普碳鋼的28倍，涂裝性為普碳鋼的1.510倍，能減薄使用、裸露使用或簡化涂裝使用。該鋼種具有耐銹，使構(gòu)件抗腐蝕延壽、減薄降耗，省工節(jié)能的特性，使構(gòu)件制造者、使用者受益。產(chǎn)品供制造集裝箱、鐵道車輛、石油井架、海港建筑、采油平臺及化工石油設(shè)備中含硫化氫腐蝕介質(zhì)的容器等結(jié)構(gòu)件。高耐候性結(jié)構(gòu)鋼常用牌號：09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP、09CuPrC

19、Ni-A、09CuPCrNi-B/09CuP。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼常用牌號：16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT、。（三）合金滲碳鋼合金滲碳鋼是用來制造既有優(yōu)良的耐磨性、耐疲勞性，還有能承受沖擊載荷的作用的零件，如：汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等機器零件。這類零件在工作中遭受強烈的摩擦磨損，同時又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。碳素滲碳鋼（0=0.10%-0.20%）由于淬透性差，僅能在表層獲得高的硬度，心部韌性差，在沖擊載荷或過載作用下容易斷裂；強度不足時，則較脆的滲碳層易碎裂、剝落。故只能制造小零件，尺寸大的零件需要合金滲碳鋼。合金

20、滲碳鋼碳含量一般為0.10%0.25%,使零件心部有足夠的塑性和韌性。加入Cr、Ni、MnB等，提高淬透性，Ti、V、WMo等元素，阻礙奧氏體晶粒的長大，形成穩(wěn)定的合金碳化物。表面滲碳層硬度高，以保證優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞抗力，同時具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。常用合金滲碳鋼牌號20Cr低淬透性合金滲碳鋼。這類鋼的淬透性低，心部強度較低。20CrMnTi中淬透性合金滲碳鋼。這類鋼淬透性較高、過熱敏感性較小，滲碳過渡層比較均勻，具有良好的機械性能和工藝性能。18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金滲碳鋼。這類鋼含有較多的Cr、Ni等元素，淬透性很高，且具有很好的韌性和低溫沖擊韌性。合金滲碳鋼

21、的熱處理工藝一般都是滲碳后直接淬火，再低溫回火。熱處理后，表面滲碳層的組織為合金滲碳體+回火馬氏體+少量殘余奧氏體組織，硬度為60HRC62HRG心部組織與鋼的淬透性及零件截面尺寸有關(guān)，完全淬透時為低碳回火馬氏體，硬度為40HRC-48HRC;多數(shù)情況下是屈氏體、回火馬氏體和少量鐵素體，硬度為25HRC40HRC心部韌性一般都高于700KJ/m2。（四）合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼用于制造一些受力復(fù)雜的承受多種工作載荷的重要零件。要求高的綜合機械性能，即具有高的強度和良好的塑性、韌性。含碳量過低，硬度不足，含碳量過高，則韌性不足。合金調(diào)質(zhì)鋼中加入Cr、MnNi、Si元素等，不但提高淬透性，還能形成合金

22、鐵素體，提高鋼的強度。加入少量Ti、V、WMo等碳化形成元素，可阻礙奧氏體晶粒的長大，提高鋼的回火穩(wěn)定性，以進一步改善鋼的性能。調(diào)質(zhì)處理后的40Cr鋼的性能，其強度比40鋼提高了20%o;合金調(diào)質(zhì)鋼主要用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。1 .常見合金調(diào)質(zhì)鋼牌號（1） 40Cr低淬透性調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為30mmr40mm用于制造一般尺寸的重要零件。（2） 35CrMo中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為40mm-60mm加入鋁不僅可提高淬透性，而且可防止第二類回火脆性。（3） 40CrNiMo高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油淬臨界

23、直徑為60mm-100mm多半是銘?zhàn)x鋼。銘?zhàn)x鋼中加入適當(dāng)?shù)匿X，不但具有好的淬透性，還可消除第二類回火脆性。此外還有45Mn2、30CrMnSi、40MnVB30CrMnTi、38CrMoAlA。2 .熱處理和組織性能合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）。合金調(diào)質(zhì)鋼淬透性較高，一般都用油，淬透性特別大時甚至可以空冷，這能減少熱處理缺陷。合金調(diào)質(zhì)鋼的最終性能決定于回火溫度。一般采用500c650c回火。通過選擇回火溫度，可以獲得所要求的性能。為防止第二類回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韌性的提高。合金調(diào)質(zhì)鋼常規(guī)熱處理后的組織是回火索氏體。對于表面要求耐磨的零件（如齒輪、主軸），再進行感應(yīng)加熱表面淬火及低溫回火，表面組織為回火馬氏體。表面硬度可達55HRC-58HRG合金調(diào)質(zhì)鋼淬透調(diào)質(zhì)后的屈服強度約為800MPa,沖擊韌性在800kJ/m2,心部硬度可達22HRC-25HRC。若截面尺寸大而未淬透時，性能顯著降低。（五）合金彈簧鋼彈簧是各種機械和儀表中的重要零件，是利用彈性變形吸收能量以緩和振動和沖擊，或依靠彈性儲存能量以起驅(qū)動作用。即在規(guī)定的范圍之內(nèi)，彈性變形的能力使其承受一定的載荷