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結構鋼（符合特定強度和可成形等級的鋼）

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結構鋼

符合特定強度和可成形等級的鋼

結構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(cháng)率表示。結構鋼一般用于承載等用途，在這些用途中鋼的強度是一個(gè)重要設計標準。

結構鋼可以細分為：碳素結構鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼、合金結構鋼、彈簧鋼、耐候結構鋼、易切屑結構鋼、非調質(zhì)機械結構鋼等。

基本信息

中文名	結構鋼
類(lèi)別	合金碳素低合耐熱
功能	一般用于承載
運用領(lǐng)域	工業(yè)
材質(zhì)	鋼材
主要成分	金屬
定義	符合特定強度和可成形性等級的鋼
分類(lèi)	合金、碳素、低合、耐熱

收起

分類(lèi)

優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼和普通碳素結構鋼相比，硫、磷及其它非金屬夾雜物的含量較低。根據含碳量和用途的不同，這類(lèi)鋼大致又分為三類(lèi)：

結構鋼

1、小于0.25%C為低碳鋼，其中尤以含碳低于0.10%的08F，08Al等，由于具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車(chē)﹑制罐......等，20G則是制造普通鍋爐的主要材料。此外，低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼，用于機械制造業(yè)。

2、0.25～0.60%C為中碳鋼，多在調質(zhì)狀態(tài)下使用，制作機械制造工業(yè)的零件。調質(zhì)多少22~34HRC，能得到綜合機械性能，也便于切削。

3、大于0.6%C為高碳鋼，多用于制造彈簧、齒輪、軋輥等，根據含錳量的不同，又可分為普通含錳量（0.25～0.8%）和較高含錳量（0.7～1.0%和0.9～1.2%）兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性，強化鐵素體，提高鋼的屈服強度、抗拉強度和耐磨性。通常在含錳高的鋼的牌號后附加標記“Mn”，如15Mn﹑20Mn以區別于正常含錳量的碳素鋼。

結構鋼

碳素工具鋼含碳量在0.65～1.35%之間，經(jīng)熱處理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各種工具、刃具、模具和量具（見(jiàn)工具鋼）。

案例

合金結構鋼

這類(lèi)鋼，由于具有合適的淬透性，經(jīng)適宜的金屬熱處理后，顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體，因而具有較高的抗拉強度和屈強比（一般在0.85左右），較高的韌性和疲勞強度，和較低的韌性－脆性轉變溫度，可用于制造截面尺寸較大的機器零件。

合金元素在結構鋼中的作用有三個(gè)方面：

①增大鋼的淬透性。淬透性是指鋼淬火時(shí)，從表層起淬成馬氏體層的深度，是取得良好綜合性能的主要參數。除Co外，幾乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高鋼的淬透性，其中 Mn、Mo、Cr、B的作用最強，其次是Ni、Si、Cu。而強碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等，只有溶于奧氏體中時(shí)才能增大鋼的淬透性。

②影響鋼的回火過(guò)程。由于合金元素在回火時(shí)能阻礙鋼中各種原子的擴散，因而在同樣溫度下和碳素鋼相比，一般均起到延遲馬氏體的分解和碳化物的聚集長(cháng)大作用，從而提高鋼的回火穩定性，即提高鋼的抗回火軟化能力，V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比較顯著(zhù)，Al、Mn、Ni的作用不明顯。含有較高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的鋼，在500～600℃回火時(shí)，析出細小彌散的特殊碳化物質(zhì)點(diǎn)如V4C3、Mo2C、W2C等，代替部分較粗大的合金滲碳體，使鋼的強度不再下降反而升高，即出現二次硬化（見(jiàn)回火）。Mo對鋼的回火脆性有阻止或減弱的作用。

③影響鋼的強化和韌化。Ni以固溶強化方式強化鐵素體；Mo、V、Nb等碳化物形成元素，既以彌散硬化方式又以固溶強化方式提高鋼的屈服強度；碳的強化作用最顯著(zhù)。此外，加入這些合金元素，一般都細化奧氏體晶粒，增加晶界的強化作用。影響鋼的韌性因素比較復雜，Ni改善鋼的韌性；Mn易使奧氏體晶粒粗化，對回火脆性敏感；降低P、S含量，提高鋼的純凈度，對改善鋼的韌性有重要作用（見(jiàn)金屬的強化）。

合金結構鋼一般分為調質(zhì)結構鋼和表面硬化結構鋼。

①調質(zhì)結構鋼這類(lèi)鋼的含碳量一般約為0.25%～0.55%，對于既定截面尺寸的結構件，在調質(zhì)處理（淬火加回火）時(shí)，如果沿截面淬透，則力學(xué)性能良好，如果淬不透，顯微組織中出現有自由鐵素體，則韌性下降。對具有回火脆性?xún)A向的鋼如錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等，回火后應快冷。這類(lèi)鋼的淬火臨界直徑，隨晶粒度和合金元素含量的增加而增大，例如，40Cr和35SiMn鋼約為30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV鋼則約為 60～100mm，常用于制造承受較大載荷的軸、連桿等結構件。

②表面硬化結構鋼用以制造表層堅硬耐磨而心部柔韌的零部件，如齒輪、軸等。為使零件心部韌性高，鋼中含碳量應低，一般在0.12～0.25%，同時(shí)還有適量的合金元素，以保證適宜的淬透性。氮化鋼還需加入易形成氮化物的合金元素（如Al、Cr、Mo等）。滲碳或碳氮共滲鋼，經(jīng)850～950℃滲碳或碳氮共滲后，淬火并在低溫回火（約200℃）狀態(tài)下使用。氮化鋼經(jīng)氮化處理（480～580℃），直接使用，不再經(jīng)淬火與回火處理。

碳素結構鋼

生產(chǎn)工藝

根據鋼種和鋼的質(zhì)量要求，合金結構鋼的冶煉，可采用氧氣頂吹轉爐、平爐、電弧爐；或再加電渣重熔、真空除氣。鑄錠可采用連鑄或模鑄。鋼錠應緩慢冷卻或熱送鍛造、軋制。鋼錠加熱時(shí)，應力求溫度均勻并有足夠的保溫時(shí)間，以改善偏析缺陷和避免鍛、軋時(shí)變形不均勻；鍛、軋后的鋼材，尺寸小的、特別是含碳0.2%左右的滲碳鋼，在600℃以上時(shí)應快速冷卻，以免加重帶狀組織；截面較大的鍛件，應采取措施消除內應力和白點(diǎn)。調質(zhì)鋼應盡可能淬火成馬氏體組織，然后回火成索氏體組織；滲碳鋼在滲碳過(guò)程中，滲層濃度梯度不宜過(guò)大，以免在滲層晶界上出現連續網(wǎng)狀碳化物；氮化鋼必須先經(jīng)熱處理得到所需的性能，再經(jīng)最后精加工才能進(jìn)行氮化。氮化處理后除將脆薄的“白層”研磨除去外，不再加工。分類(lèi)　碳素鋼的一種。含碳量約0.05%～0.70%，個(gè)別可高達0.90%。可分為普通碳素結構鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼兩類(lèi)。前者含雜質(zhì)較多，價(jià)格低廉，用于對性能要求不高的地方，它的含碳量多數在0.30%以下，含錳量不超過(guò)0.80%，強度較低，但塑性、韌性、冷變形性能好。除少數情況外，一般不作熱處理，直接使用。多制成條鋼、異型鋼材、鋼板等。用途很多，用量很大，主要用于鐵道、橋梁、各類(lèi)建筑工程，制造承受靜載荷的各種金屬構件及不重要不需要熱處理的機械零件和一般焊接件。優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼鋼質(zhì)純凈，雜質(zhì)少，力學(xué)性能好，可經(jīng)熱處理后使用。根據含錳量分為普通含錳量（小于0.80%）和較高含錳量（0.80%～1.20%）兩組。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(lèi)、活塞銷(xiāo)等；含碳量在0.25%～0.60%，典型鋼號有40，45，40Mn，45Mn等，多經(jīng)調質(zhì)處理，制造各種機械零件及緊固件等；含碳量超過(guò)0.60%，如65，70，85，65Mn，70Mn等，多作為彈簧鋼使用。

力學(xué)性能

這類(lèi)鋼主要保證力學(xué)性能，故其牌號體現其力學(xué)性能，用Q+數字表示，其中“Q”為屈服點(diǎn)“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首，數字表示屈服點(diǎn)數值，例如Q275表示屈服點(diǎn)為275Mpa。若牌號后面標注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同，含S、P的量依次降低，鋼材質(zhì)量依次提高。若在牌號后面標注字母“F”則為沸騰鋼，標注“b”為半鎮靜鋼，不標注“F”或“b”者為鎮靜鋼。例如Q235-A·F表示屈服點(diǎn)為235Mpa的A級沸騰鋼，Q235-C表示屈服點(diǎn)為235Mpa的C級鎮靜鋼。

質(zhì)量分數

碳素結構鋼一般情況下都不經(jīng)熱處理，而在供應狀態(tài)下直接使用。通常Q195、Q215、Q235鋼碳的質(zhì)量分數低，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、建筑等結構和制造普通螺釘、螺母等零件。Q255和Q275鋼碳的質(zhì)量分數稍高，強度較高，塑性、韌性較好，可進(jìn)行焊接，通常軋制成型鋼、條鋼和鋼板作結構件以及制造簡(jiǎn)單機械的連桿、齒輪、聯(lián)軸節、銷(xiāo)等零件。

表示方法

碳素結構鋼的牌號由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個(gè)部分按順序組成。例如：Q235-A·F。

化學(xué)成分

鋼的牌號和化學(xué)成分（熔煉分析）應符合表1規定。

表1

牌號	等級	化學(xué)成分	脫氧方法
C	Mn	Si	S	P
不大于
Q195	—	0.06～0.12	0.25～0.50	0.30	0.050	0.045	F、b、Z
Q215	A	0.09～0.15	0.25～0.55	0.30	0.050	0.045	F、b、Z
B	0.045	F、b、Z

展開(kāi)表格

注：Q235A、B級沸騰鋼錳含量上限為0.60%。

⒌1.1.1 沸騰鋼硅含量不大于0.07%；半鎮靜鋼硅含量不大于0.17%；鎮靜鋼硅含量下限值為0.12%。

⒌1.1.2 D級鋼應含有足夠的形成細晶粒結構的元素，例如鋼中酸溶鋁含量不小于0.015%或全鋁含量不小于0.020%。

⒌1.1.3 鋼中殘余元素鉻、鎳、銅含量應各不大于0.30%，氧氣轉爐鋼的氮含量應不大于0.008%。如供方能保證，均可不做分析。

經(jīng)需方同意，A級鋼的銅含量，可不大于0.35%。此時(shí)，供方應做銅含量的分析，并在質(zhì)量證明書(shū)中注明其含量。

⒌1.1.4 鋼中砷的殘余含量應不大于0.080%。用含砷礦冶煉生鐵所冶煉的鋼，砷含量由供需雙方協(xié)議規定。如原料中沒(méi)有含砷，對鋼中的砷含量可以不做分析。

⒌1.1.5 在保證鋼材力學(xué)性能符合本標準規定情況下，各牌號A級鋼的碳、硅、錳含量和各牌號其他等級鋼碳、錳含量下限可以不作為交貨條件，但其含量（熔煉分析）應在質(zhì)量證明書(shū)中注明。

⒌1.1.6 在供應商品鋼錠（包括連鑄坯）、鋼坯時(shí)，供方應保證化學(xué)成分（熔煉分析）符合表1規定，但為保證軋制鋼材各項性能符合本標準要求，各牌號A、B級鋼的化學(xué)成分可以根據需方要求進(jìn)行適當調整，另訂協(xié)議。

⒌1.2 成品鋼材、商品鋼坯的化學(xué)成分允許偏差應符合GB222中表1的規定。

沸騰鋼成品鋼材和商品鋼坯化學(xué)成分偏差不作保證。

⒌2 冶煉方法

鋼由氧氣轉爐、平爐或電爐冶煉，除非需方有特殊要求，并在合同中注明，冶煉方法一般由供方自行決定。

⒌3 交貨狀態(tài)

鋼材一般以熱軋（包括控軋）狀態(tài)交貨。根據需方要求，經(jīng)雙方協(xié)議，也可以正火處理狀態(tài)交貨（A級鋼材除外）。

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