结构钢是指符合特定强度和可成形性等级的钢。其可成形性以拉伸试验中断后伸长率表示,一般用于承载等用途。
(1)按含杂质量的不同分 结构钢可分优质碳素结构钢和普通碳素结构钢,前者的硫﹑磷及其他非金属夹杂物的含量较低。
(2)按使用场合的不同分 结构钢可分为建筑及工程用结构钢和机械制造用结构钢。
1)建筑及工程用结构钢指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢,如碳素结构钢、低合金高强度钢等。
2)机械制造用结构钢指用于制造机械设备上结构零件的钢,这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢,主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。
(3)按含碳量的不同分 结构钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
1)低碳钢。其碳的质量分数小于0.25%,其中典型的是碳的质量分数小于0.10%的08、08Al等,由于具有很好的深冲性和焊接性,被广泛地用作深冲件,如汽车﹑制罐等;20G则是制造普通锅炉的主要材料。低碳钢大多不经热处理直接用于工程结构件,如制造链条、铆钉、螺栓、轴等。低碳钢也可作为渗碳钢,用于机械制造业。
2)中碳钢。其碳的质量分数为0.25%~0.60%,多在调质状态下使用,制作机械制造工业的零件。其调质硬度为22~34HRC,能得到综合的力学性能,也便于切削。
3)高碳钢。其碳的质量分数大于0.6%,多用于制造弹簧﹑齿轮﹑轧辊等。根据含锰量(质量分数)的不同,高碳钢又可分为普通含锰量(0.25%~0.8%)和较高含锰量(0.7%~1.0%和0.9%~1.2%)两组钢。锰能改善钢的淬透性,强化铁素体,提高钢的屈服强度﹑抗拉强度和耐磨性。通常在含锰量高的钢的牌号后附加标记“Mn”,如15Mn﹑20Mn,以区别于正常含锰量的碳素钢。
(4)按用途的不同分 结构钢可分为通用结构钢和专用结构钢。
碳素结构钢的特点和应用见表2-1。
表 2-1 碳素结构钢的特点和应用
优质碳素结构钢的特点和应用见表2-2。
表 2-2 优质碳素结构钢的特点和应用
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专用结构钢是指有专门用途的结构钢。一般采用代表钢屈服强度的符号“Q”、屈服强度和代表产品用途的符号等表示。专用结构钢的种类和符号见表2-3。
表 2-3 专用结构钢的种类和符号
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注:“*”者加在代号尾部,如“Q345R”为压力容器用钢,“Q340NH”为耐候钢。
(1)锅炉和压力容器用钢 用以制造室温及中温承压元件的钢板与钢管,要求有较高的室温强度、较低的缺口敏感性、良好的加工工艺性能和焊接性,应用最多的是Q345R钢;用以制造高温承压元件的钢管,要求具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性,以及良好的高温组织稳定性、高温抗氧化性和加工工艺性能。
(2)耐候钢 即耐大气腐蚀钢,是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列,由普通碳素钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成,具有优质钢的强韧、塑延、成形、焊割、磨蚀、高温、抗疲劳等特性;耐候性为普通碳素钢的2~8倍,涂装性为普通碳素钢的1.5~10倍。同时,它具有耐腐蚀、使用寿命长等特点。耐候钢主要用于制造集装箱、铁道车辆、石油井架、海港建筑、采油平台及化工石油设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等结构件。
(3)锅炉用钢 主要材质有优质结构钢及低合金耐热钢,常用的锅炉用钢有低碳镇静钢或低碳钢,碳的质量分数在0.16%~0.26%范围内。由于锅炉用钢钢板处于中温(350℃以下)高压状态下工作,除承受较高压力外,还受到冲击、疲劳载荷及水和气的腐蚀,对锅炉用钢的性能要求主要是有良好的焊接性及冷弯性能、一定的高温强度和耐碱性腐蚀、耐氧化等。
(4)桥梁用钢 是专用于架造铁路或公路桥梁的钢板,要求有一定的强度、韧性和良好的抗疲劳性,并且对钢材的表面质量要求较高。桥梁用钢具有良好的焊接性能和低的缺口敏感性,主要用于铁路桥和公路桥其跨度在46~160mm之间的结构件。其主要有Q345qD、Q345qC高强度低合金结构钢。
(5)汽车大梁用钢 主要用于制造汽车纵梁、横梁、前后车桥、保险杠等结构件,厚度一般为4.0~8.0mm,是汽车结构钢板中需求量大、性能指标要求较高的钢种。它具有良好的综合性能,有足够的强韧性,以及良好的抗疲劳性和冷成形性。
(6)焊接气瓶用钢 是厚度为2.5~12.0mm的热轧钢板及厚度为1.5~4.0mm的冷轧钢板,主要用于制造液化石油气瓶和乙炔气瓶。其化学成分稳定,P、S含量低,钢质纯净,内在组织均匀,晶粒细小。其强度适中、塑性好、屈强比低,屈服平台不明显,纵横向性能差异小,冲压性能优良。其钢板平直,厚度同板差小。其碳当量低,能适应自动埋弧焊、等离子弧焊等多种焊接工艺的要求。