钢材知识
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碳素钢的性能主要取决于钢的含碳量和显微组织。在退火或热轧状态下,随含碳量的增加,钢的强度和硬度升高,而塑性和冲击韧性下降(见图)。焊接性和冷弯性变差。所以工程结构用钢,常限制含碳量。 碳素钢中的残余元素和杂质元素如锰、硅、镍、磷、硫、氧、氮等,对碳素钢的性能也有影响。这和影响有时互相加强,有时互相抵销。例如:①硫、氧、氮都能增加钢的热脆性,而适量的锰可减少或部分抵销其热脆性。②残余元素除锰、镍外都降低钢的冲击韧性,增加冷脆性。③除硫和氧降低强度外,其他杂质元素均在不同程度上提高钢的强度。④几乎所有的杂质元素都能降低钢的塑性和焊接性。 氢在钢中能造成很多严重缺陷,如产生白点、点状偏析、氢脆、表面鼓泡和焊缝热影响区内的裂缝等。为保证钢的质量,必须尽可能降低钢中氢的含量(见应力腐蚀断裂和氢脆)。脱氧带入的残余元素如铝,可减小低碳钢的时效倾向,还可以细化晶粒,提高钢在低温下的韧性,但余量不宜过多。由炉料中带入的残余元素如镍、铬、钼、铜等,含量高时可提高钢的淬透性,但对要求具有高塑性的专用钢,如深冲用钢板,则是不利的。
1)牌号和化学成分见表3-1。 表3—1碳素结构钢的牌号和化学成分 牌号 等级 化学成分(质量分数)(%) 脱氧方法 C Mn SP S P ≤ Q195 0.06~O.12 O.25~0.50 O.30 O.050 0.045 F、b、Z Q215 A O.09~0.15 0.25~0.55 0.30 O.050 O.045 F、b、Z B O.045 Q235 A O.14~O.22 O.30.O.65① 0.30 O.050 O.045 F、b、Z B 0.12~O.20 O.30~0.70① 0.045 C ≤0.18 O.35~0.80 0.040 0.040 Z D ≤0.17 0.035 0.035 TZ Q255 A O.18~O.28 O.40~0.70 O.30 O.050 O.045 Z B O.045 Q275 0.28~O.38 O.50~O.80 O.35 0.050 0.045 Z 注:F表示沸腾钢,b表示半镇静钢,z表示镇静钢,TZ表示特殊镇静钢。 ①Q235A、B级沸腾钢Mn含量上限WMn=0.60%。 ②沸腾钢Si含量Wsi不大于0.07%,半镇静钢Si含量Wsi不大于O.17%,镇静钢Si含量WSi限值为0.12%。 (2)力学和工艺性能见表3—2~表3—4。 表3-2碳素结构钢的屈服点 牌号 等级 屈服点ós/MPa 钢材厚度或直径/mm ≤16 >16~40 >40~60 >60~100 >100~150 >150 ≥ Q195 195 185 Q215 A、B 215 205 195 185 175 165 Q235 A、B C、D 235 225 215 205 195 185 Q255 A、B 255 245 235 225 215 205 Q275 275 265 255 245 235 225 注:Q195的屈服点仅供参考,不作为交货条件。 表3~3碳素结构钢的抗拉强度、伸长率和冲击性能 牌号 抗拉强度 ób/MPa 伸长率δ5(%) 冲击试验 钢材厚度或直径/mm 温度 /℃ V型冲击吸收功 (纵向)Ak/J ≤16 >16 ~40 >40 ~60 >60 ~100 >100 ~150 >150
≥ Q195 315~430 33 32 Q215 335~450 3l 30 29 28 27 26 20 ≥27 Q235 375~500 26 25 24 23 22 21 20 ≥27 0 -20 Q255 4lO~550 24 23 22 2l 20 19 20 ≥27 Q2 75 490~630 20 19 18 17 16 15 表3-4碳素结构钢的冷弯性能 牌 号 试样方向 180°冷弯试验B=2a/mm 60 >60~100 >100~200 弯心直径d Q195 纵 0 横 0.5a Q215 纵 0.5a 1.5a 2a 横 a 2a 2.5a Q235 纵 a 2a 2.5a 横 1.5a 2.5a 3a Q255 2a 3a 3.5a Q275 3a 4a 4.5a 注:8为试样宽度,a为钢材厚度或直径。 (3)用途见表3—5。 表3—5碳素结构钢的特性和应用 牌号 主要特性 应用举例 Q195 具有高的塑性、韧性和焊接性能,良好的压力加工性能,但强度低 . 用于制造地脚螺栓、犁铧、烟筒、屋面板、铆钉、低碳钢丝、薄板、焊管、拉杆、吊钩、支架、焊接结构 Q215
Q235 具有良好的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能,以及一定的强度、好的冷弯性能 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等 Q255 具有较好的强度、塑性和韧性,较好的焊接性能和冷、热压力加工性能 用于制造要求强度不太高的零件,如螺栓、键、摇杆、轴、拉杆和钢结构用各种型钢、钢板等
Q275 具有较高的强度、较好的塑性和切用于制造要求强度较高的零件,如齿轮、轴、链轮、削加工性能、一定的焊接性能。小型零件可以淬火强化 键、螺栓、螺母、农机用型钢、输送链和链节 (1)牌号和化学成分见表3-6、表3-7。 (2)力学性能见表3—8。 (3)用途见表3-9。 表3—6优质碳素结构钢的牌号和化学成分 序号 统一数字 代号 牌号 化学成分(质量分数)(%) C Si Mn Cr M Cu ≤ 1 U20080 08F O.05~O.11 ≤0.03 0.25~0.50 0.10 O.30 0.25 2 U20l00 10F O.07~O.13 ≤O.07 O.25~O.50 O.15 0.30 0.25 3 U20150 15F 0.12~O.18 ≤O.07 0.25~O.50 0.25 0.30 0.25 4 U20082 08 0.05~O.11 O.17~O.37 O.35~O.65 O.10 O.30 O.25
5 U20102 lO 0.07~O.13 0.17~O.37 0.35~0.65 0.15 O.30 O.25 6 U20152 15 O.12~0.18 0.17~O.37 O.35~0.65 O.25 O.30 O.25 7 U20202 20 O.17~0.23 0.17~0.37 0.35~0.65 O.25 O.30 O.25 8 U20252 25 O.22~0.29 0.17~O.37 O.50~O.80 O.25 O.30 0.25 9 U20302 30 O.27~O.34 O.17~O.37 O.50~O.80 0.25 O.30 0.25
10 U20352 35 O.32~0.39 O.17~O.37 O.50~O.B0 0.25 O.30 0.25 11 U20402 40 0.37~O.44 0.17~O.37 O.50~O.80 O.25 O.30 O.25 12 U20452 45 O.42_O.50 O.17~O.37 0.50~0.80 0.25 O.30 0.25
13 U20502 50 0.47~0.55 0.17~O.37 0.50~0.80 0.25 O.30 O.25 14 U20552 55 O.52~0.60 O.17~O.37 O.50~0.80 O.25 0.30 O.25
15 U20602 60 0.57~O.65 0.17~O.37 0.50~O.80 O.25 O.30 0.25 16 U20652 65 O.62~0.70 0.17~0.37 O.50~O.80 O.25 O.30 O.25 17 U20702 70 O.67~0.75 0.17~0.37 O.50~O.80 0.25 O.30 O.25 18 U20752 75 O.72~0.80 0.17~O.37 0.50~0.80 0.25 O.30 O.25 19 U20802 80 O.77~0.85 O.17~0.37 O.50~O.80 0.25 O.30 0.25 20 U20852 85 O.82~0.90 O.17~0.37 0.50~O.80 O.25 O.30 O.25 21 U21152 15№ O.12~O.18 O.17~O.37 O.70~1.00 O.25 O.30 0.25
22 U21202 20Mn 0.17~O.23 O.17~O.37 O.70~1.00 O.25 0.30 O.25 23 U21252 25Mn O.22~O.29 0.17~0.37 O.70~1.00 O.25 O.30 O.25 24 U21302 30Mn 0.27~O.34 O.17~0.37 0.70~1.00 O.25 O.30 0.25 25 U21352 35Mn O.32~O.39 O.17~O.37 O.70~1.00 0.25 O.30 O.25
26 U21402 40Mn O.37~0.44 O.17~0.37 O.70~1.00 0.25 0.30 O.25 27 U21452 45Mn 0.42~0.50 0.17~O.37 0.70~1.00 O.25 O.30 O.25 28 U21502 50Mn O.48~0.56 O.17~O.37 O.70~1.00 0.25 0.30 0.25
29 U21602 60Mn 0.57~0.65 O.17~O.37 0.70~1.00 0.25 0.30 0.25 30 U21652 65Mn 0.62~0.70 0.17~O.37 O.90~1.20 O.25 0.30 0.25 3l U21702 70Mn 0.67~O.75 0.17~0.37 0.90~1.20 O.25 O.30 O.25 注:1.表中所列牌号为优质钢。如果是高级优质钢,在牌号后面加“A”(统一数字代号最后一位数字改为“3”);如果是特级优质钢,在牌号后面加“E’’(统一数字代号最后一-位数字改为“6”);对于沸腾钢,牌号后面为“F”(统一数字代号最后一位数字为“0”);对于半镇静钢,牌号后面为“b”(统一数字代号最后一位数字为“1”)。 2.使用废钢冶炼的钢允许含铜量不大于0.30%。 3.热压力加工用钢的铜含量应不大于0.20%。 4.铅浴淬火(派登脱)钢丝用的35.85钢的锰含量为0.30%~0.60%;铬含量不大于0.10%,镍含量不大于O.15%,铜含量不大于0.20%;硫、磷含量应符合钢丝标准要求。 5.08钢用铝脱氧冶炼镇静钢,锰含量下限为0.25%,硅含量不大于0.03%,铝含量为0.02%一0.07%。此时钢的牌号为08A1。 6.冷冲压用沸腾钢含硅量不大于0.03%。 7.氧气转炉冶炼的钢其含氮量应不大于0.008%。供方能保证合格时,可不做分析。 8.经供需双方协议,08~25钢可供应硅含量不大于0.17%的半镇静钢,其牌号为08b~25b。 9.上述各成分含量皆指质量分数。 表3-7优质碳素结构钢的硫、磷含量(质量分数) 组 别 P S