用Q345和Q345q的供货条件来比较一下,两本规范中对部分元素含量规定不同 " J* T$ [' D7 U5 O5 g$ o
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! Y8 p- x; d+ G+ z红字部分是对两本规范的比较。 3 J0 \! j5 u+ G2 o. A# }
一、钢中常存元素对钢性能的影响
' F) {/ T' y! L' S6 x. r" ~/ ~钢材中除了主要化学成分铁(Fe)以外,还含有少量的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、
! n* E) u# @- O' v. O. W磷(P)、硫(S)、氧(O)、氮(N)、钛(Ti)、钒(V)等元素,这些元素虽然含量少,但 % K- n+ n' p) S
对钢材性能有很大影响: & q$ P4 y2 I6 O8 U( I- J
1、碳(C) 9 `/ ^3 D4 j f8 y' ?6 X
碳是钢中的主要元素,当钢中含碳量在 0.8%以下时,随着含碳量的增加,钢材的强度 1 i5 B6 b3 G p3 J$ B
和硬度提高,而延伸率下降,塑性、韧性降低;但当含碳量在 1.0%以上时,随着含碳量的 + p9 J5 v0 t4 c* A# T# h
增加,抗拉强度提高减缓,以致于随含 C 量增加而降低。随着含碳量的增加,钢材的焊接
! e7 v; ^, s& N [% p# f1 e, t* [性能变差(含碳量大于0.3%的钢材,可焊性显著下降),碳钢的耐腐蚀性降低,焊接性能和 / o; L; W7 U) ~/ s3 B A6 e2 A
冷加工(冲压、拉拔)性能变坏。 % ?8 m. s* r. Q6 ?# |# Z P. E5 H
. B( k" S8 }& z/ U两本规范中Q345对应质量等级含碳量是相同的。: |3 g5 V0 U3 G2 t' R
2、锰(Mn)
( H1 ?$ p6 X% _# I锰是炼钢时用来脱氧去硫而存在于钢中的,是钢中的有益元素,锰在碳钢中的含量一般 8 F0 _6 F$ ?+ o* A: O, H( D
为0.25-0.80%,在具有较高含Mn 量的碳钢中,Mn 含量可以达到1.2%。锰具有很强的脱氧
" z E9 t! K! m' \: N* w去硫能力,能消除或减轻氧、硫所引起的热脆性,也可以和 S 结合形成 MnS,从而在相当 5 D# ~; Z3 w4 O( ~3 n
大程度上消除S 的有害影响,大大改善钢材的热加工性能,同时能提高钢材的强度和硬度。
# L* f3 N) |. J钢中的 Mn,除一部分形成夹杂物(硫化锰及锰的氧化物),其余部分溶于铁素体和渗碳体 % k( x: g R; C3 S% g1 L; p0 |
中。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。
* p5 R5 g6 Z7 u. t* A, BMn 对碳钢的力学性能有良好影响,它能提高钢材的硬度、强度和耐磨性,在Mn 含量 ) C0 A( B7 D3 P, D4 o
不高时,可稍提高或不降低钢的面缩率和冲击韧性,在碳钢的 Mn 含量范围内,每增加 ! h, S$ P) |7 e; n% {( }
0.1%Mn,大约使热轧钢材的抗拉强度增加 7.8-12.7 兆牛/米 2,使屈服点提高 7.8-9.8 兆牛/ 3 b- h3 [' ^% M5 ]
米2,伸长率减小0.4%。 % w$ [0 \& w: I0 i1 t8 o3 ^
) P6 a# [; }' p! l1 [" O( Y$ X5 w两本规范中Q345 含锰的上限值相同,低合金钢规范未设下限。( c8 Y0 q/ x* e# u
3、硅(Si) 9 B! x! g4 B# Q6 F7 z, b
硅是一种脱氧剂,脱氧作用比Mn 还强,在钢中的含量≤0.50%。Si 能增大钢液的流动 " a3 z) Z7 `5 s, W0 u
性,碳钢中每增加0.1%的Si,可使热轧钢材的抗拉强度提高约7.8-8.8 兆牛/米2,屈服点提
* T& F# ~% g* H: j高约3.9-4.9 兆牛/米2,伸长率下降约0.5%,面缩率和冲击韧性下降不明显,但是Si 含量超
$ |. S/ P, W& R" I过0.8-1.0%时,则引起面缩率下降,特别是冲击韧性显著降低。Si 以硅酸存在于钢中,对钢 3 \6 a, t `# M `6 Y
丝拉拔是有害的。
1 N8 e; M: @ e( ?) S, B5 F' F( k3 Y! `2 b
桥钢的含硅上限值较大. N$ |9 G: L+ c% {4 G( F) H
4、硫(S) 9 A: W* \- \/ D( K) l/ k
一般来说,硫是有害元素,它主要来自生铁原料、炼钢时加入的矿石和燃料产物中的 ( S- x, n! M& `% X3 i( c
SO2,炼钢时难以除尽。硫以硫化物夹杂的形式存在于固态钢中。 $ v0 `( ]- \8 B7 ?
硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂,即产生热脆,造成热脆的原因是由于硫的严重
3 M; {! L q2 p, A% ^; i6 e偏析。通过加入Mn 来避免钢中形成FeS,以防止热脆,Mn 比Fe 对S 有较在的亲和力,所 & ~$ W1 \& @& M& T# u: c
以钢液中S 与Mn 优先形成MnS。
}+ E- T% [& C9 T1 j- a硫通过形成硫化物夹杂而对钢的力学性能发生影响,增加钢中的含 S 量,使硫化物的 5 |4 x9 J+ D& b0 b5 V1 j$ V
含量增高,钢的范性和韧性将降低,同时钢材力学性能的方向性增大,钢的热加工性能变坏。
& S9 ~6 I" K6 S E$ h硫对钢的焊接性能有不良影响,容易导致焊缝热裂,在焊接过程中,S 易于氧化生成
3 k! ^5 }. x6 [; P5 LSO2,造成焊缝中产生气孔和疏松。 ~. u1 y8 Q# G8 h4 V& S
硫能提高钢材的切削加工性,这是 S 的有益作用,所以在制造要求表面粗糙度较细而
1 y9 z9 T1 i' w7 {4 b: O. N9 \2 h 强度要求不十分严格的零件时,可采用含S 高的易切削钢。 # A" X+ h( H: ]! s4 c' u' v
; R& X, V& Q/ [0 z9 m! g$ b! B1 O桥钢的含硫量较小
( K4 T, y6 | a$ a4 y7 y8 d5、磷(P) ( c0 Q! R5 E4 v u5 S- I
一般说来,P 是有害杂质元素,它来自于矿石和生铁等炼钢原料,炼钢时难以除尽。随
9 h0 E; q% O* ]6 t着磷含量的增加,钢材的强度、屈强比、硬度均提高,而塑性和韧性显著降低。特别是温度
" u$ S8 r# o- U4 |4 V+ l6 p: n3 W愈低,对塑性和韧性的影响愈大,显著加大钢材的冷脆性,P 的有害影响主要在此。P 能提 9 {# M# u9 d0 R4 g' D# ^
高切削性能和抗蚀性,故在易切削钢中可适当增加P 含量。 / W2 h& ~# W( k9 A) Z
磷也使钢材的可焊性显著降低。但磷可提高钢材的耐磨性和耐蚀性,故在低合金钢中可 , V* Q; o/ a, k) g# c$ n1 U
配合其他元素作为合金元素使用。
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9 U0 Z+ o% j o; ], ?+ G* _* l桥钢的含磷量较小
1 Z! E0 N- @, J/ u& v5 E2 r2 |6、氧(O) 7 Y2 q4 w0 o0 {) |/ P$ T+ X0 @
氧是钢中的有害元素。氧在钢中的溶解度很小,在钢中,氧几乎全部以氧化物的形式存
0 p" e3 T/ U) e在,至于形成什么样的氧化物是由所加入的脱氧元素的种类和数量而定,钢种各种氧化物的
' G; A! l; ]/ S6 }. G) ?/ S+ d总量随着钢中含氧量增加而增加,含氧量对钢力学性能的影响夹杂对力学性能的影响实质上
+ ]' W6 z( ?% D" ?' T也就是氧化物夹杂对力学性能的影响,总的来说,随钢中含氧量增加,钢材的强度有所提高,
! Z& B d& G) `4 R' t) l) p% G但钢的范性、韧性降低,氧化物夹杂使钢的耐腐蚀性、耐磨性降低,可焊性变差,使冷冲压 0 ?& {2 g; i h+ l% r+ t: \- A
性、锻造加工性及切削加工性变坏。氧的存在会造成钢材的热脆性。 0 F; }! N/ o* E0 C/ Q: |- q" Z
% L% t. X }3 h& w. V/ @! X两者均未示氧含量
7 R9 T2 [: W8 q7、氮(N)
' d- C! i+ T; b+ _钢中的N 来自于炉料,也来自于炉气中。氮对钢材性能的影响与碳、磷相似。 & @; r2 z: D1 a9 {! f6 J. D
N 引起碳钢的淬火时效和形变时效,从而对碳钢的性能产生影响。由于N 的时效作用, 8 i2 n% r9 r7 [0 i# f) L! c
钢的硬度、强度升高,范性和韧性降低,可焊性变差,冷脆性加剧对于普通低合金钢来说,
8 R# h* o! j0 ]* t% q$ Y时效现象是有害的,因而 N 是有害元素。氮在铝、铌、钒等元素的配合下可以减少其不利
5 _8 f. S( E. s2 \$ h6 d影响,改善钢材性能,可作为低合金钢的合金元素使用。向钢中加入足够数量的 Al,使之 6 z) w7 d- r, P/ Y1 n
除与O 结合外,还有有相当数量的 Al 溶解在固溶体中,通过热轧后的缓冷或 700-800℃保
8 ^+ t9 ?1 \+ n3 Q4 F2 `温,能与N 结合形成AlN,减弱或完全消除在较低温度发生的时效现象。
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6 u; ?3 ~- H8 O8 Z9 w* t e两者含氮量相同, b5 f5 P" B0 u6 k8 w( k4 ~6 y
8、铝(Al)
5 q3 e8 e [" ?$ n; V是作为脱氧剂加入钢中。碳钢中 Al 的含量一般小于 0.10%,加入钢中的 Al 部分与 O
2 t" i* k' }8 ?( ^1 F: j' v形成Al2O3 或含有的各种夹杂物,部分溶于固态铁中随加热或冷却条件的不同,形成AlN,
1 D: n/ o/ m; b+ Z+ y9 d( g可阻止奥氏体晶粒的长大。
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+ W! \' O, S5 V- B5 m/ x/ I7 C两者含铝量一致
2 k# {* ^. n2 F1 m6 N6 Q6 R9、钛(Ti) 3 F0 d& U) c X4 v2 l* Z. _
钛是强脱氧剂。钛能显著提高强度,改善韧性、可焊性,但稍降低塑性。钛是常用的微
5 l' E, X+ |1 g. v' ?; d量合金元素。
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8 H7 g% f. ?* f/ x合金钢规范中含钛量较大
1 X% H8 H5 l- X% T9 [4 D6 V10、钒(V)
" z8 \: i7 ^' y. R% [钒是弱脱氧剂。钒加入钢中可减弱碳和氮的不利影响,有效地提高强度,但有时也会增 5 Z) n$ y7 a# _7 s4 L5 X; }& T
加焊接淬硬倾向,钒也是常用的微量合金元素。 7 p# V4 k/ o/ b7 V( h% j) f3 d$ L
5 y3 \* u1 n/ U$ J' R
合金钢规范中含钒量较大( p# G" x# N& P$ J: L
11、其它杂质元素 , B$ R4 \6 v$ y i3 O
常见的有Ni、Cr、Cu 等,由废钢和矿石带入,一般控制在0.3%以下。Cu 对抗腐蚀有 5 ~* }8 u( f) z; v+ I) j' \* L
良好作用,Cr 提高钢的淬透性、抗腐蚀稳定性和抗氧化性。 , @ S# k* u- u9 b4 s$ y6 d5 V
2 q4 \8 @7 i. `% A桥用钢规范中含 铬 铜较大,两者含镍一致
3 q4 A! V! ]7 Z9 G% O% K2 v5 [5 A' n5 }/ ^! W
其他方面比较:4 d y0 ]9 ~& L4 H2 d+ z4 P; ~
8 q% d1 u) I1 G 两本规范中对碳当量的要求,桥用钢更加要求更高一些,但合金钢规范中对适用的范围规定的更广
" o! Q& L0 {6 l热机械加工或热机械轧制加回火状态交货的钢材碳含量不大于0.12%时,可采用焊接裂纹敏感性指数Pcm代替碳当量评估钢材的可焊性。
/ b1 G& k" w$ J' Y就这个指数而言,两本规范的要求基本一致。Q345和Q345q的pcm≤0.20%2 I. I1 h, G, I+ J0 o0 k
) ?% y5 S$ d* |7 s r 钢材的拉伸性能方面,合金钢规范规定的更为详细,厚度分类划分了九档,桥钢规范仅划分了两档。; @8 q+ l) f# ]7 K3 R9 {+ a9 x, @6 B7 @) R
夏比V型冲击试验方面,试件及试验方法一致。桥用钢中冲击吸收能量的下限值更高一些,Q345q要求不小于47,而合金钢按照不同厚度分类,薄的不小于34,稍微厚一点的不小于27,没有桥规中严格。
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