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低合金结构钢

低合金结构钢是指合金成分总量在5%以下的合金结构钢。这种钢的含碳量与低碳钢相似,主要靠少量合金元素进行强化、改善韧性和可焊性。其强度要比同等碳敬的碳素钢高得多。广泛用于压力容器、化工设备、锅炉、桥梁、车辆、船舶及大型钢结构。合金元素锰、硅、钼吋以引起固溶强化作用。钒和铌可细化晶粒、改善韧性。钼可以起到提高淬透性、促使获得贝氏体组织的作用,还可提高热强性。
低合金结构钢
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牌号表示方法
低合金结构钢的牌号及其表示方法:根据国家标准(GB1591-1994)规定,我国低合金结构钢共有5个牌号,所加元素主要有锰、硅、钒、钛、锐、铬、及稀土元素。其牌号的表示由屈服点字母Q、屈服点数值、质量等级(A、B、C、 D、E五级)三部分组成。划分成五个牌号,其表示方法如下:屈服点等级-质量等级。屈服点等级:Q295,Q345,Q390,Q420,Q460级。
性能要求
1、良好的综合机械性能。普通低合金结构钢首先应具有较高的屈服极限,但由于其工作条件的复杂性,还应具有良好的综合机械性能。例如在使用中能承受各种应力的作用(例如温差应力、交变疲劳载荷产生的应力等),在制造过程中能经受剪切、冷弯、焊接等加工工序,以及由此可能产生的时效脆性。
2、艮好的工艺性能。要求普通低合金钢应具有良好的加工成型性能,使用普通方法如剪切、冲压、热弯和焊接等加工过程制造质量良好的成品。对于锅炉、压力容器、钢结构等一般采用焊接方法,因此要求钢材应具有良好的火焰切割性能和焊接性能,焊缝附近热影响区的性能变化小,焊缝及其附近区域不致产生裂纹,焊接接头的综合机械性能应不低于(或很少低于)母材。另外,还要求钢材具有良好的冷冲压性能。
3、良好的耐腐蚀性能。由于普通低合金钢和强度大大高于碳钢,用其制造压力容器、钢结构等的壁厚比碳钢小得多,因此必须相应地提高大气腐蚀(特别是海洋大气腐蚀)引起的消损率,使其具有良好的抗各种大气条件下腐蚀的能力。。因此,钢材的耐腐蚀试验除在实验室进行外,还应在使用现场进行。当然,采取合适的外防腐技术,对于碳钢、低合金钢等材料是必不可少的。
物质作用
压力容器中广泛使用的普通低合金钢大多是铁素体一珠光体组织,经热轧或正火得到最后的性能,其组织接受于钢的平衡组织。钢中的主要合金元素是碳,提高碳含量可以增加珠光体数量,使屈服极限和强度极限提高。但是提高碳含量是有一定限度的,因为碳含量的提高会影响钢的焊接性能和其他性能(如冲压性能等),使脆性转变温度提高、冷脆性变坏。因此,压力容器用低合金结构钢的含碳量一般限制在0.20%以下。在碳含量受限制的情况下,这类钢强度的提高主要依赖于加入少量而多种的合金元素来达到(总加入量不超过5%,一般在3%以下,多为1%~2%)。对于具有铁素体一珠光体组织的低合金结构钢,加入合金元素后对其强度的影响主要有以下几种:①铁素体的同溶强化;②增加珠光体的相对量;③控制晶粒大小;④影响珠光体的分散度;⑤沉淀硬化。
锰、硅两种元素都能固溶于铁素体中,有显著的固溶强化作用,其他还有铬、镍、等。考虑到节约成本和资源条件,我国在普通低合金钢中,锰、硅是常用的合金元素。在低碳条件下,含锰量在1.8%以下时,不但能提高钢的强度,仍可保持较高的塑性和韧性。此外,锰同时有扩大奥氏体区的作用,使钢的共析点向左下方移动,从而具有数量较多、组织较细的珠光体组织,也使钢的强度相应提高。
低合金结构钢中硅加入量一般在0.2%~1.7%范同内,超过后将降低韧性。铬、镍也是铁素体固溶强化元素,镍对于改善低温韧性有良好作用;磷强化铁素体效果显著,但因增加冷脆性,使用时要限制其含量最高不超过0.15%,且磷、碳含量总和应限制在0.25%以下。
应用介绍
国家标准(低合金高强度结构钢)(GB 1591)对各牌号低合金高强度结构钢的化学成分,机械性能作了相应的规定。由于合金元素的强化作用,使低合金结构钢不但具有较高的强度,且具有较好的塑性,韧性和可焊性。Q345钢的综合性能较好,是钢结构的常用牌号,Q390级也是推荐使用的牌号。与碳素结构钢Q235相比,低合金高强度结构钢可以节约钢材20%~30%,并具有良好的承受动载和耐疲劳性能。低合金结构钢主要用于轧制各种型钢、钢板、钢管及钢筋,广泛用于钢结构和钢筋混凝土结构中,特别适用于各种重型结构、大跨度结构、高层结构及桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构等。
低合金结构钢是一种低碳结构用钢,合金元素含量较少,一般在3%以下,主要起细化晶粒和提高强度的作用。这类钢的强度显著高于相同碳含量的碳素钢,所以常称其为低合金高强度钢。它还具有较好的韧性、塑性以及良好的焊接性和耐蚀性。最初用于桥梁、车辆和船舶等行业,它的应用范围已经扩大到锅炉、高压容器,油管、大型钢结构及汽车、拖拉机、挖土机械等产品方面。
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