結(jié)構(gòu)鋼（符合特定強(qiáng)度和可成形等級(jí)的鋼）
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結(jié)構(gòu)鋼
符合特定強(qiáng)度和可成形等級(jí)的鋼
結(jié)構(gòu)鋼是指符合特定強(qiáng)度和可成形性等級(jí)的鋼。可成形性以抗拉試驗(yàn)中斷后伸長(zhǎng)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(qiáng)度是一個(gè)重要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)構(gòu)鋼可以細(xì)分為：碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、耐候結(jié)構(gòu)鋼、易切屑結(jié)構(gòu)鋼、非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼等。
分類
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，硫、磷及其它非金屬夾雜物的含量較低。根據(jù)含碳量和用途的不同，這類鋼大致又分為三類：
結(jié)構(gòu)鋼
2、0.25～0.60%C為中碳鋼，多在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，制作機(jī)械制造工業(yè)的零件。調(diào)質(zhì)多少22~34HRC，能得到綜合機(jī)械性能，也便于切削。
案例
合金結(jié)構(gòu)鋼
這類鋼，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(xì)的珠光體，因而具有較高的抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比（一般在0.85左右），較高的韌性和疲勞強(qiáng)度，和較低的韌性－脆性轉(zhuǎn)變溫度，可用于制造截面尺寸較大的機(jī)器零件。
合金元素在結(jié)構(gòu)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(shù)。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(qiáng)，其次是Ni、Si、Cu。而強(qiáng)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(kuò)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(zhǎng)大作用，從而提高鋼的回火穩(wěn)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，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(xì)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(qiáng)度不再下降反而升高，即出現(xiàn)二次硬化（見(jiàn)回火）。Mo對(duì)鋼的回火脆性有阻止或減弱的作用。
③影響鋼的強(qiáng)化和韌化。Ni以固溶強(qiáng)化方式強(qiáng)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(qiáng)化方式提高鋼的屈服強(qiáng)度；碳的強(qiáng)化作用最顯著。此外，加入這些合金元素，一般都細(xì)化奧氏體晶粒，增加晶界的強(qiáng)化作用。影響鋼的韌性因素比較復(fù)雜，Ni改善鋼的韌性；Mn易使奧氏體晶粒粗化，對(duì)回火脆性敏感；降低P、S含量，提高鋼的純凈度，對(duì)改善鋼的韌性有重要作用（見(jiàn)金屬的強(qiáng)化）。
合金結(jié)構(gòu)鋼一般分為調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和表面硬化結(jié)構(gòu)鋼。
①調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼的含碳量一般約為0.25%～0.55%，對(duì)于既定截面尺寸的結(jié)構(gòu)件，在調(diào)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(xiàn)有自由鐵素體，則韌性下降。對(duì)具有回火脆性傾向的鋼如錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等，回火后應(yīng)快冷。這類鋼的淬火臨界直徑，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(jié)構(gòu)件。
碳素結(jié)構(gòu)鋼
生產(chǎn)工藝
根據(jù)鋼種和鋼的質(zhì)量要求，合金結(jié)構(gòu)鋼的冶煉，可采用氧氣頂吹轉(zhuǎn)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(yīng)緩慢冷卻或熱送鍛造、軋制。鋼錠加熱時(shí)，應(yīng)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(yīng)快速冷卻，以免加重帶狀組織；截面較大的鍛件，應(yīng)采取措施消除內(nèi)應(yīng)力和白點(diǎn)。調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)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(xiàn)連續(xù)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 碳素鋼的一種。含碳量約0.05%～0.70%，個(gè)別可高達(dá)0.90%。可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼兩類。前者含雜質(zhì)較多，價(jià)格低廉，用于對(duì)性能要求不高的地方，它的含碳量多數(shù)在0.30%以下，含錳量不超過(guò)0.80%，強(qiáng)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。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(jī)械零件和一般焊接件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)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(jù)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、活塞銷等；含碳量在0.25%～0.60%，典型鋼號(hào)有40，45，40Mn，45Mn等，多經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，制造各種機(jī)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
這類鋼主要保證力學(xué)性能，故其牌號(hào)體現(xiàn)其力學(xué)性能，用Q+數(shù)字表示，其中“Q”為屈服點(diǎn)“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值，例如Q275表示屈服點(diǎn)為275Mpa。若牌號(hào)后面標(biāo)注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，含S、P的量依次降低，鋼材質(zhì)量依次提高。若在牌號(hào)后面標(biāo)注字母“F”則為沸騰鋼，標(biāo)注“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標(biāo)注“F”或“b”者為鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235-A·F表示屈服點(diǎn)為235Mpa的A級(jí)沸騰鋼，Q235-C表示屈服點(diǎn)為235Mpa的C級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。
質(zhì)量分?jǐn)?shù)
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鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，焊接性能好，塑性、韌性好，有一定強(qiáng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)件以及制造簡(jiǎn)單機(jī)械的連桿、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、銷等零件。
表示方法
碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)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(hào)和化學(xué)成分（熔煉分析）應(yīng)符合表1規(guī)定。
表1
牌號(hào) | 等級(jí) | 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(jí)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(zhèn)靜鋼硅含量不大于0.17%；鎮(zhèn)靜鋼硅含量下限值為0.12%。
⒌1.1.2 D級(jí)鋼應(yīng)含有足夠的形成細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)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(yīng)各不大于0.30%，氧氣轉(zhuǎn)爐鋼的氮含量應(yīng)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(jí)鋼的銅含量，可不大于0.35%。此時(shí)，供方應(yīng)做銅含量的分析，并在質(zhì)量證明書中注明其含量。
⒌1.1.4 鋼中砷的殘余含量應(yīng)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(guī)定。如原料中沒(méi)有含砷，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定情況下，各牌號(hào)A級(jí)鋼的碳、硅、錳含量和各牌號(hào)其他等級(jí)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(yīng)在質(zhì)量證明書中注明。
⒌1.1.6 在供應(yīng)商品鋼錠（包括連鑄坯）、鋼坯時(shí)，供方應(yīng)保證化學(xué)成分（熔煉分析）符合表1規(guī)定，但為保證軋制鋼材各項(xiàng)性能符合本標(biāo)準(zhǔn)要求，各牌號(hào)A、B級(jí)鋼的化學(xué)成分可以根據(jù)需方要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)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(yīng)符合GB222中表1的規(guī)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
⒌3 交貨狀態(tài)
鋼材一般以熱軋（包括控軋）狀態(tài)交貨。根據(jù)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(jí)鋼材除外）。
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