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 6 ^& v! p! I4 Z5 F& `( j1 r8 j
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红字部分是对两本规范的比较。
O& w7 X" L8 u一、钢中常存元素对钢性能的影响
S' q, j- I* I! f$ L6 f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)、
! W ~1 h9 E7 I/ S5 U1 a$ y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 $ e# g$ Q% `+ z
对钢材性能有很大影响: $ m& L% z; B7 o, M& T
1、碳(C)
. V6 r0 C8 Q5 q6 U& ?2 ]1 b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 / Y- S; S4 U. y5 ?% B" R
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
* _6 M2 e* s: |7 J) q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 + q# t# H% `8 e$ _) I
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
4 v( }- B" d( Z8 A: u1 Y+ I5 i, f) A冷加工(冲压、拉拔)性能变坏。
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" {- S, G2 o$ t* P% w& R. f两本规范中Q345对应质量等级含碳量是相同的。
9 C9 }2 q$ h- `3 R5 L2、锰(Mn)
5 g$ b) b x/ z$ M8 V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 5 _2 ?1 E) ^2 ] l# X0 l* j
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
/ l+ X; H; c9 P% E0 ~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
6 | F; j) a+ @' S, }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。 6 P+ [6 g1 b6 G, ?& e
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
( E- C# F8 \# E# t" y中。锰是我国低合金结构钢中的主要合金元素。 0 `# G, N2 W6 a2 A, B
Mn 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
( Q# v; p7 [- m) x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
, Q2 o3 y$ @; k) r+ I) r0.1%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/
% ^& y3 w" R9 p& @+ c* p米2,伸长率减小0.4%。 # y" G3 Z9 ^( M5 c( g5 ^$ N
9 O I' `2 q3 v' [# J2 G& u两本规范中Q345 含锰的上限值相同,低合金钢规范未设下限。3 E9 Q& E. w9 j" c+ h
3、硅(Si) / _( }$ X" g. n0 P/ z! t+ M2 K9 @
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 9 P' ?3 \6 d) F1 h1 W: q) 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, R7 t+ A; ^( H0 a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 . q5 \* z: W8 k; Z$ M
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
4 }, t" J7 W# g; R: O8 r丝拉拔是有害的。
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' n) Z; ?8 m9 @1 d+ r+ ^8 X# a. E桥钢的含硅上限值较大& P& D, S H9 i& n
4、硫(S) ! B$ [2 N& ~, e4 i, ?. q% s
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
& l. Q3 E( E$ @% G& L _6 y: q5 cSO2,炼钢时难以除尽。硫以硫化物夹杂的形式存在于固态钢中。
& Z# u% z( P, D) M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 8 \0 ^1 _$ B& ?
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
( a2 ]9 P e' S. ^% I2 U以钢液中S 与Mn 优先形成MnS。 8 d: S; z3 O! o, \9 k9 F
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
! C/ z/ W. Y5 ?& f# t8 z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。
/ |9 z! [) {, { `+ h4 {* X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
* Z4 q; K) r; o; n9 v2 ~SO2,造成焊缝中产生气孔和疏松。
. E7 P1 @; Z* u% i6 f! u( Y/ 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 ' A( B/ n) G+ f1 V! |! Z5 d4 {
强度要求不十分严格的零件时,可采用含S 高的易切削钢。
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桥钢的含硫量较小
( z1 I0 P, \+ G. M5、磷(P) 8 J8 [; x* A* `
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
1 O( k! S4 ~' Y" {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
' @: I( H, @2 {/ U( _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
( O* w8 u) x, I高切削性能和抗蚀性,故在易切削钢中可适当增加P 含量。 5 i2 B7 B+ z- x- d4 ~- q
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$ Y- a' u/ I* v+ F, Q# n配合其他元素作为合金元素使用。 % K# k, M. q, H6 W& ]
! V5 w! B( z u/ t桥钢的含磷量较小
' H8 Y. \* i; B! a6、氧(O) ; ^' a0 ^" z4 M/ G; T$ Q
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 7 O) `1 s7 Z- m+ p2 [( O$ \1 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
1 I* C4 y# b) b" y' L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
2 c2 B9 H( p* Y4 K9 d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,
$ f B6 L' ?3 Z( h1 z! T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
; f: C2 a6 T- j4 Y D8 ^4 y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。 ! p3 C! z$ f8 F- z; U! X+ F' c
o: H7 C! ^" S两者均未示氧含量
! R9 h3 R3 J. y7、氮(N) 6 d- K/ n0 k9 M7 ]3 m! w6 ~$ z
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。 5 L0 ^2 S( q) W0 G* N/ V" r- s _8 \
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, % J5 ?. K3 ]- X5 |
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,
& g) |4 b6 r) G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 - O' ? c# \1 |# F+ L
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 - L* ~) b. _9 U- M( p Y! Q& p7 s
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
' b: c! l" v/ U3 Z. \% ^7 k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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两者含氮量相同
% k8 X& }7 L5 t" M3 c8、铝(Al)
8 m* D6 T' \$ B) S4 Q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 ) j5 R. h9 \# S% S/ w/ L1 ]
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, / w7 F. ^4 J4 H7 M
可阻止奥氏体晶粒的长大。 $ d) T. i" w: B" e7 _
: h: Z J% W8 D! B4 T# J/ L9 n两者含铝量一致7 Q9 R: ^ m+ C3 b2 ]
9、钛(Ti) % k, E4 B3 G' B B4 l6 s- 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 8 R5 a* D0 m2 l* }- j3 [1 P* \
量合金元素。 3 ^! T ]# A5 H5 ^
# Q* s* \% k0 n$ d' Z合金钢规范中含钛量较大
/ w! T* J6 I U8 l) ]4 [10、钒(V) / I' _6 n) x z% q/ n, e, v; q# c' J
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 / N# T2 g1 ^) H( G+ t1 q% V% K
加焊接淬硬倾向,钒也是常用的微量合金元素。 3 Y% m# _( r- [' V; ~2 \
3 u% x- `: A. Q9 N6 d合金钢规范中含钒量较大
* b* s! Z1 W/ ~11、其它杂质元素 " Y) m7 r5 O5 [
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 8 C: Z' e: j ~8 p/ }1 b
良好作用,Cr 提高钢的淬透性、抗腐蚀稳定性和抗氧化性。
3 ]: O2 a8 I' s0 l9 D4 T
* D3 p P/ H- X, @桥用钢规范中含 铬 铜较大,两者含镍一致
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! a7 m. X) z1 C: `; t; X其他方面比较:
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0 F8 V" _# Z3 w; m( v6 F4 M7 T8 t5 | 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
8 ]* V2 g. _, {' I- ^+ a `" i# G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。
: L, w$ l) l( [- g: c& p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%; D) t$ l/ \- L. X1 p& d; r! o6 P
- N7 y1 P( Y; k 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。7 Y( Z, _' W4 b' A/ J
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。& h* T* i% h' e7 P( |3 U" q
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