低合金高强度结构钢简要.docx

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低合金高强度结构钢简要

低合金高强度构造钢

HighStrengthLowAlloySteel

一、定义

中国国家标准GB/T13304-1991?

钢分类?

，参照国际标准，对钢的分类作了具体的规定。

低合金高强度钢HSLA是在碳素钢的根底上，通过参加少量合金元素并在热轧、控轧或热处理状态下，具有高强度、高韧性，较好的焊接性、成型性或耐腐蚀性等特征的钢材。

成分特点：

低碳〔Wc≤0.2%〕，低合金。

性能特点：

比普通碳素构造钢有较高的屈服强度和屈强比、较好的冷热加工成型性、良好的焊接性、较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性，以及有较好的抗大气、海水等腐蚀能力。

二、低合金高强度钢的开展

1867-1874年，美国含铬构造钢，1902-1906年，美国含镍构造钢，1915年，美国含锰1.6%桥梁用构造钢。

20世纪60年代以后，冶金生产工艺技术和低合金钢开发均取得巨大开展，锰、硅、铬、镍、钒、钛、铌等微合金元素的强化作用已清楚。

80年代后随着技术进步，通过钢质净化、晶粒细化、组织优化、基体强化等，促进了新型低合金钢的开发。

低合金钢是近30年来开展最快、产量最大、经济性最好、使用面最广、前景最广阔的钢类。

目前，新型的低合金高强度钢以低碳〔≤0.1%〕和低硫〔≤0.015%〕为主要特征。

我国是1957年在鞍钢试制成功第一炉低合金钢16Mn，随后研制出16Mn系列的桥梁用、船用、锅炉用、压力容器用、汽车用低合金钢。

1966年，低合金钢产量141万吨，占钢产量8%；至1979年，低合金钢产量254万吨，仍占钢产量8%。

1997年，低合金钢产量2368万吨，占钢产量22%。

各兴旺工业国家的低合金高强度钢产量约占钢产量的10%。

为进一步提上下合金高强度钢的性能，在低合金高强度钢的根底上，通过进一步降低碳质量分数、微合金化和控制轧制而开展了一系列新型低合金高强度构造钢，主要有以下四种：

微合金化低碳高强度钢、低碳贝氏体型钢、低碳索氏体型钢、针状铁素体型钢。

三、低合金高强度钢中元素的作用

常用的合金元素按其在钢的强化机制中的作用可分为：

固溶强化元素〔Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等〕、细化晶粒元素〔Al、Nb、V、Ti、N等〕、沉淀硬化元素〔Nb、V、Ti等〕以及相变强化元素〔Mn、Si、Mo等〕。

C：

在钢中形成珠光体或弥散析出的合金碳化物，使钢得到强化。

在微合金钢中为形成一定量的碳－氮化物，碳的含量只需要0.01～0.02%；降碳可大大改善钢的韧性和焊接性能。

Mn：

高的Mn/C比对提高钢的屈服强度和冲击韧性有好处。

锰能降低γ→α转变温度；有利于针状铁素体的形核；在加热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度，从而增加了铁素体中碳化物的弥散析出量。

此外，由于高锰导致钢的应力/应变特性的变化，可以抵销鲍欣格效应的强度损失。

Si：

多数低合金高强度钢不用硅合金化，在热轧铁素体-马氏体多相钢中，硅是添加元素。

Mo：

含钼钢〔≤0.15%〕有较高的强度，比传统的铁素体－珠光体钢又有较高的韧性。

钼对钢在冷却过程中珠光体转变有抑制作用。

在针状铁素体钢和超低碳贝氏体钢中的含钼量一般在0.2～0.4%。

Nb、V、Ti：

低碳的锰钢或低碳的锰-钼钢中添加0.05～0.15%Nb〔或V、Ti〕，有明显的晶粒细化和沉淀硬化作用。

钛在钢中形成硫化物，改善冲击吸收功的各向异性和冷成型性。

稀土元素〔RE〕：

微量〔0.001%左右〕稀土金属，不影响钢的强度。

其主要作用是脱硫，它又是最有效的硫化物形态控制元素，减小韧性的各向异性，防止钢的层状撕裂。

其他元素Ni、Cr、Cu等：

在微合金钢中固溶硬化并不十分有效，在非调质钢中一般控制在较低的含量围。

四、各国低合金高强度构造钢牌号命名方式

1.我国牌号命名方式

中国现行有两个钢铁产品牌号表示方法标准，GB/T221-2000?

钢铁产品牌号表示法?

和GB/T17616-1998?

钢铁及合金牌号统一数字代号体系?

。

这两种表示方法在现行国家标准和行业标准中并列使用。

此外，GB/T1591-2008对?

低合金高强度构造钢?

也作了具体规定。

GB/T1591-2008规定，低合金高强度钢分为8个牌号，Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690；由于质量不同分为A、B、C、D、E等级。

例如：

Q345D，其中：

Q——钢的屈服强度的“屈〞字汉语拼音的首位字母；

345——屈服强度数值，单位MPa；

A、B、C、D、E——分别为质量等级符号。

当需方要求钢板具有厚度方向性能时，那么在上述规定的牌号后加上代表厚度方向〔Z向〕性能级别的符号，例如：

Q345DZ15。

低合金高强度构造钢按脱氧方法分为镇静钢和特殊镇静钢，因此在牌号的组成中表示脱氧方法的符号“Z〞和“TZ〞予以省略。

低合金高强度构造钢也可以采用二位阿拉伯数字和化学元素符号表示，例如：

16Mn。

专用低合金高强度构造钢一般采用代表屈服强度的符号“Q〞、屈服强度数值和代表产品用途的符号来表示。

例如：

Q345R是压力容器用钢的牌号。

专用低合金高强度构造钢的牌号通常也可以采用阿拉伯数字〔用二位阿拉伯数字表示平均碳质量分数，以万分之几计〕、化学元素符号以及产品用途符号表示。

例如：

压力容器用钢16MnR。

2.日本牌号命名方式

日本JIS标准中钢的牌号系统不仅表示出钢类，而且表示出钢材种类和用途等。

牌号的主体构造根本上由三局部组成，如下表所示：

表1JIS标准牌号组成

牌号第一局部

牌号第二局部

牌号第三局部

后缀符号

前缀字母表示材质，符号S表示钢

苒文字母或罗马字表示用途和种类

数字表示最低抗拉强度或最低屈服强度，或钢类和钢材序号

后缀符号表示生产方法或热处理状态

根据我国标准GB/T13304?

钢分类?

，日本JIS标准中与我国低合金钢近似的局部有关牌号的表示方法如下表所示：

表2我国与日标低合金钢近似牌号

我国分类

日本标准表示

我国分类

日本标准表示

一般构造用轧制钢材

SS

一般构造用碳素钢管

STK

焊接构造用轧制钢材

SM

一般构造用矩形钢管

STKR

焊接构造用耐大气腐蚀轧制钢材

SMA

链条用圆钢

SBC

高耐大气腐蚀轧制钢材

SPA-H〔热轧〕

SPA-C〔冷轧〕

汽车用良好成型性能的冷轧高强度钢板和钢带

SPFC

一般构造用轻型钢材

SSC

钢筋混凝土用棒材

SR、SD

3.德国牌号命名方式

DIN是德国工业标准〔DeutscheIndustrieNorm〕。

关于DIN标准的牌号表示方法，有DIN17006体系和DIN17007体系两种。

根据DIN17006对牌号表示方法的规定，它的牌号由三局部组成：

①表示钢的强度或化学成分的主体局部；②冠在主体前面表示冶炼或原始特性的缩写字母；③附在主体后面的代表保证围的数字和处理状态的缩写字母。

不过②、③两局部在非必须时可予省略。

DIN17006低合金高强钢的牌号主体是由表示含碳量为万分之几的数字合金元素符号和表示合金元素含量值的数字组成，合金元素采用化学符号来表示，并按其含量的多少依次排列，当含量一样时那么按字母次序排列。

合金元素含量值的表示方法如下表所示：

表3低合金钢合金元素含量值的表示方法

合金元素

指数〔平均含量的百分数乘以〕

Cr、Co、Mn、Ni、Si、W

4

Al、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V

10

C、N、P、S

100

DIN17007体系数字代号〔W—Nr.〕是德国标准委员会提出的。

这套用数字体系表示材料牌号的方法，是在20世纪40年代德国钢铁工业大开展时期建立起来的，以后经过屡次修改。

1959年后，联邦德国标准委员会把各局部金属材料的数字代号表示分别订为正式标准，后又根据1974年欧洲标准E20—74对钢的分类和命名作了合理修订。

现在DIN17007数字代号和DIN17006字母—数字体系的牌号这两种表示方法，在钢铁和其他金属材料标准中间时并列，广泛应用。

数字代号〔W—Nr.〕系由7位数字组成，数字所表示的含义如下：

数字代号第1位数字中：

0—生铁和铁合金；1—钢和铸钢；2—重金属〔除钢铁外〕；3—轻金属；4-8—非金属材料。

钢和铸钢的数字代号体系第一位数字为“1〞，而第四位和第五位数字是任意确定的，并不代表钢种成分。

第六位和第七位数字为附加数字，在标准中常常不使用，具体含义如下：

表4第六、七位数字含义

第六位数字用来表示“钢的获得方法〞〔冶炼方法和浇注方法〕

第七位数字用来表示“处理状态〞

0

不定的或无意义的

/

/

1

沸腾碱性转炉钢〔托马斯钢〕

1

正火

2

镇静碱性转炉钢〔托马斯钢〕

2

软化退火

3

特殊冶炼方法沸腾钢，例如特殊精炼转炉钢

3

热处理后具有良好的可切削性

4

特殊冶炼方法镇静钢，例如特殊精炼转炉钢

4

韧性调质

5

沸腾平炉钢

5

调质

6

镇静平炉钢

6

硬性调质

7

沸腾氧气吹炼钢

7

冷变形

8

镇静氧气吹炼钢

8

弹簧硬化冷变形

9

电炉钢

9

根据特殊规定的处理

4.国外低合金高强度构造钢牌号对照

表5低合金高强度构造钢世界牌号对照表

国家

中国

美国

日本

德国

英国

法国

国际标准化组织

品名

GB

AST

JIS

DIN

DINEN

BS

BSEN

NF

NFEN

ISO630

牌号

Q345A

Cr50

GrB.C.D.A

A808M

SPFC590

E335

S345GWH

E335

E335

E355C

HS355C

Q345B

Cr50

SPFC590

S355JR

S355JR

S355JR

E355CC

HS355C

Q345C

Gr.50

Gr.A

Gr.C，Gr.D

A808M

SPFC590

S335J0

S335J0

S335J0

E355DD

Q345D

Gr50

GrC.D.GrA

TYPe7

SPFC590

S355JR

SE55JR

S355JR

E355CC

Q345E

Type7

Gr.50

SPFC590

S355NL

S355ML

S355NL

S355ML

S355NL

S355ML

E355E

E355DD

Q390A

STKT540

E390CC

Q390B

Q390C

STKT540

E390DD

HS390

Q390E

Q420A

Gr60

GrE

GrB

SEV295

E420CC

HS420D

Q420B

Cr60

Gr.E

SEV345

S420NL

S420ML

S420NL

S420ML

S420NL

S420ML

S420C

E420CC

Q460C

Gr65（450）

SM570

SMA570W

SMA570P

S460NL

S460ML

S460NL

S460ML

S460NL

S460ML

E460CC

E460DD

HS460D

Q460E

五、低合金高强度钢用途

GB/T1591-1994中局部低合金高强度构造钢主要性能及应用举例如表下所示：

表6GB/T1591-1994中局部低合金高强钢主要性能及应用举例

牌号

主要特性

应用举例

Q345

综合力学性能好，焊接性、冷、热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性

船舶，锅炉，压力容器，石油储罐，桥梁，电站设备，起重运输机械及其他较高载荷的焊接构造件

Q390

Q420

强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能

大型船舶，桥梁，电站设备，中、高压锅炉，高压容器，机车车辆，起重机械，矿山机械及其他大型焊接构造件

Q460

强度最高，在正火，正火加回火或淬火加回火状态有很高的综合力学性能，全部用铝补充脱氧，质量等级为C、D、E级，可保证钢的良好韧性

备用钢种，用于各种大型工程构造及要求强度高，载荷大的轻型构造

1.我司低合金高强度钢产品

我司低合金高强度构造钢代表钢种Q345B、Q345E、Q345ES等，涉及Φ75mm-Φ800mm规格不等棒材、连铸圆坯、钢锭。

2.我司低合金高强度钢生产流程

炼钢工艺流程：

废钢+铁水→电炉→钢包→LF炉→VD炉→①连铸→连铸坯

②模铸→钢锭

轧钢工艺流程：

连铸坯、钢锭→加热炉→初轧→连续轧制→退火→精态→探伤→成品

3.我司主要产品规格及使用单位

表7我司主要产品规格及使用单位

连铸圆坯

棒材

钢锭

规格

Φ380、Φ500、Φ600、Φ800mm

〔下一步开发Φ700、Φ900mm〕

Φ75~Φ450mm

4.5~27吨

主要使用单位

碾环厂、管厂、锻圆厂、电渣重熔厂

管厂、轴承厂、齿轮厂、能源产品加工厂、机械厂

锻圆厂、锻件厂和碾环厂

4.我司低合金高强钢用途

我司低合金高强度构造钢主要用于锻制环形件、热轧无缝钢管、管道球形阀体以及车辆、桥梁、中低压容器等，在保证锻比≥4的条件下，探伤要求不高于相当于GB/T6402-2008标准中2级要求的各类实心、空心件的热压力加工原料。

表8我司低合金高强钢主要客户

牌号

规格

产品类别

我司主要客户

用途

Q345B

Φ600mm

连铸坯

余杭顺通金属制品

ASTMA350.LF2

15T八角锭

钢锭

奥斯锻造

Q345E

Φ800mm

连铸坯

江阴华西法兰环件厂

风力发电法兰

Q345E、Q345ES

Φ800mm

连铸坯

诚德重工

钢管

16Mn

Φ500-Φ800mm

连铸坯

远大重工锻压

环锻类产品

六、我司低合金高强钢出厂质量标准

表9我司低合金高强钢产品

产品

牌号

相近牌号

局部协议标准

国家标准

控标准

连铸圆坯

A350.LF2〔美标〕

Q345B

16Mn

S355NL〔欧标〕

Q345E

Q345ES

16Mn

16Mn

Q345B

Q345E

16Mn

16Mn

LFZBJX-ZP-2014-07

LFZBJX-ZP-2013-02

LFZBJX-ZP-2013-20

LFZBJX-ZP-2014-17

LFZBJX-ZP-2013-08

LFZBJX-ZP-2014-08

GBT1591-2008

〔YB4149-2006连铸圆管坯〕

低合金高强度构造钢类ZJC-YP-2

〔连铸圆坯质量标准LFZB-GG-022第二版〕

棒材

A350LF2

LF2

Q345B

Q345E

45#

20Mn2

16Mn

16Mn

LFZBJX-ZC-2014-35

LFZBJX-ZC-2014-43

GBT1591-2008

GBT1591-2008

GBT1591-2008

/

钢锭

ASTMA350.LF2〔美标〕

Q345B（16Mn）

16Mn

16Mn

LFZBJX-ZD-2013-05

LFZBJX-ZD-2013-26

/

/

七、导致产品不合格的原因

表10导致产品不合格的常见原因

不合格表现

不合格原因

产生原理

来源论文

我司案例

部缺陷

探伤不合格

部裂纹

合金元素偏聚影响C曲线、氢聚积

?

Q345E厚板探伤不合格的原因详解与分析?

诚德重工Q345E连铸圆坯

中心缩孔、疏松

凝固桥的形成阻止液体补缩

?

宽厚板连铸坯中心偏析的产生原因及控制?

/

中心偏析

心部形成异常组织

?

Q345E厚板探伤不合格的原因详解与分析?

/

裂纹源硫化物生成

/

部夹杂物

铝钙氧化物、硫化锰

?

Q345E探伤不合的原因分析与研究?

宏达重工股份

外表缺陷

外表检测不合格

外表裂纹

浇注温度、钢包钢水温度稳定性等

?

低合金构造钢圆锭纵裂纹的控制?

诚德重工Q345E连铸圆坯

弯曲、短尺、矫直矫痕

轧制及定尺加工时产生

/

新海宜通信科技股份S235JRG2棒材

外表划伤、折叠等

轧制生产时产生

/

/

钢锭外表沙眼

模具外表光洁度差

/

奥斯锻造LF2钢锭〔非我司产品〕

八、主要竞争对手

我司低合金高强度构造钢产品主要竞争对手有兴澄特钢、特钢、马钢、淮钢、南钢、中天钢铁等。

九、我司低合金高强度构造钢合格率

表11我司2014年1~4月份低合金高强度构造钢合格率

月份

钢种

规格

总重量〔吨〕

一次合格率

综合合格率

不合格原因

一次不合格

综合不合格

1

A105

600

1196.32

93.15%

94.30%

/

/

Q345B

500

808.11

68.33%

100.00%

/

/

A105

800

566.64

83.97%

100.00%

/

/

Q345B

380

1195.66

0.00%

0.00%

/

/

总计

/

3766.73

56.87%

66.45%

/

/

2

Q345B

（16Mn）

500

1191.785

93.69%

99.21%

超长、短尺18.74吨，低倍不满足B级标准47.04吨，工序判废9.44吨

/

A105

380

2433.843

97.31%

99.55%

弯曲度超标判废10.87吨、短尺5.41吨、低倍不满足B级要求49.07吨

/

Q345B

（16Mn）

800

945.89

31.56%

80.78%

低倍不满足B级标准465.57

/

A105

500

1856.41

97.45%

97.96%

出坑短尺9.4吨，工序判废37.88吨

/

总计

/

6427.928

87.01%

96.27%

/

/

3

Q345B

800

219.22

0.00%

100.00%

低倍超标准219.22吨

/

Q345E

800

802.639

22.56%

97.13%

低倍超标准598.519吨

工序判废23.01吨

Q345ES

800

316.46

0.00%

77.15%

低倍超标准244.14吨

工序判废72.32吨

Q345E

600

327.65

52.22%

100.00%

低倍超标准156.55吨

A105

800

457.16

100.00%

100.00%

/

/

Q345ES

600

334.84

42.10%

77.38%

边部裂纹15.37吨低倍超标准102.745

低倍不合格判废53.225吨外表纵裂纹判废22.52吨

总计

/

2457.969

38.66%

93.04%

/

/

4

Q345B

380

1231.442

99.11%

100.00%

超长5.454吨端部割伤5.454吨

/

Q345B

800

219.22

0.00%

100.00%

低倍不合格219.22吨

/

Q345E

800

690.544

38.90%

96.67%

低倍不合格398.904吨

工序判废23.01吨

Q345ES

800

316.46

0.00%

77.15%

低倍不合格244.14吨

工序判废72.32吨

A105

500

1206.175

90.58%

100.00%

低倍不合格113.68吨

/

Q345B

500

1206.671

96.10%

100.00%

低倍不合格47.065吨

/

A105

800

1593.658

73.50%

98.85%

低倍不合格403.99吨

工序判废18.4吨

总计

/

6464.17

76.00%

98.24%

/

/

永钢、兴澄、淮钢Q345E连铸坯对标报告

根据处室工作安排，对能源装备连铸坯与标杆单位进展对标，从中找出与标杆单位存在差距、缺乏，为提高连铸坯质量提供参考。

由于连铸坯样品取样不便，故本次对标以两单位出厂标准为主，以化学成分、低倍、外形尺寸及外观质量等指标进展比拟，对标牌号为Q345E。

序号

比照工程

比照情况

备注

1

化学成分

从成分要求来看，我司主试工程多于兴澄、淮钢和国标，我司与淮钢对于元素含量围控制相比兴澄要求要高，我司在Mn含量上限要求均低于兴澄，对于有害元素和剩余元素我司要求均高于兴澄和淮钢。

2

低倍

低倍方面，各试验工程指标我司标准要求均严于兴澄和淮钢。

3

外形尺寸

在外形尺寸三个单位要求根本一致，在定尺长度偏差方面，我司要求略高于兴澄和淮钢。

包括直径、椭圆度、弯曲度、长度

4

外表质量

表观质量方面三个单位要求根本一致

5

包装标识

三家单位要求一致

总评

对于Q345E，我司对于剩余元素、有害元素、低倍要求均严于兴澄和淮钢，在外形尺寸、外观质量、包装和标识方面，三家公司要求根本一致；

一、化学成分

元素

厂家

C

Si

Mn

P

S

Cu

Cr

Ni

Nb

Ti

V

Al

Mo

B

H

永钢

0.13-

0.18

0.15-

0.35

1.30-

1.40

≤0.015

≤0.007

≤0.20

≤0.15

≤0.50

0.02-

0.05

≤0.01

0.02

-0.06

0.02-

0.05

≤0.10

0.0008-

0.0025

0.0002

兴澄

0.13-

0.18

0.20-

0.55

1.20-

1.60

≤0.025

≤0.025

/

/

/

/

0.02-

0.20

/

≤0.015

/

/

0.0002

淮钢

0.11-

0.15

0.20-

0.30

1.45-

1.60

≤0.015

≤0.015

/

/

/

/

/

/

0.020-

0.035

/

/

/

国标

≤0.18

≤0.50

≤1.70

≤0.025

≤0.025

≤0.30

≤0.30

≤0.50

/

≤0.20

≤0.20

/

≤0.10

/

/

从成分要求来看，我司主试工程多于兴澄、淮钢和国标，我司与淮钢对于元素含量围控制要求根本一致,相比兴澄要求要高，我司在Mn含量上限要求均低于兴澄，对于有害元素和剩余元素我司要求均高于兴澄和淮钢。

二、低倍要求

厂家

规格/mm

中心疏松

缩孔

中心裂纹

中间裂纹

皮下气泡

皮下裂纹

总评

永钢

＞380

＜600

≤1.5

≤1.0

≤0.5

0

0

0

最严

兴澄

＞350

≤2.0

≤2.0

≤2.0

≤2.0

≤2.0

≤2.0

最松

淮钢

≥380

≤600

≤2.0

≤2.0

≤1.0

≤1.0

0

0

中间