低合金高强度结构钢简要分析.docx

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低合金高强度结构钢简要分析

低合金高强度结构钢

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是在碳素钢的基础上，通过加入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：

比普通碳素结构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、低合金高强度钢的发展

1867-1874年，美国含铬结构钢，1902-1906年，美国含镍结构钢，1915年，美国含锰1.6%桥梁用结构钢。

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发展，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年来发展最快、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%。

各发达工业国家的低合金高强度钢产量约占钢产量的10%。

为进一步提高低合金高强度钢的性能，在低合金高强度钢的基础上，通过进一步降低碳

质量分数、微合金化和控制轧制而发展了一系列新型低合金高强度结构钢，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）。

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。

锰能降低丫-笳专变温度；

有利于针状铁素体的形核；在加热过程中可增大碳-氮化物形成元素在丫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（w0.15%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范围。

四、各国低合金高强度结构钢牌号命名方式

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《低合金高强度结构钢》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，则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。

低合金高强度结构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。

低合金高强度结构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。

专用低合金高强度结构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。

专用低合金高强度结构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。

牌号的主体结构基本上由三部分组成，如下表所示：

表1JIS标准牌号组成

牌号第一部分

牌号第二部分

牌号第三部分

后缀符号

•^仝厶双rrr一.4-4-FP斥斥口

一'曰血4^4^-口口rip：

匚二饭叉斥斥口—\L【亠

前缀字母表小材质，符号

苒文字母或罗马字表小

数字表示最低抗拉强度

后缀符号表示生产方法

S表示钢

用途和种类

或最低屈服强度，或钢类

或热处理状态

和钢材序号

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部分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

一般结构用轧制钢材

一般结构用碳素钢管

STK

焊接结构用轧制钢材

一般结构用矩形钢管

STKR

焊接结构用耐大气腐蚀

轧制钢材

SMA

链条用圆钢

SBC

咼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

一般结构用轻型钢材

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，它的牌号由三部分组成：

①表示钢的强度或化学成分的主体部分；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范围的数字和处理状态的缩写字母。

不过②、③两部分在非

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，当含量相同时则按字母次序排列。

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

合金兀素

指数（平均含量的百分数乘以）

Cr、Co、Mn、Ni、Si、W

Al、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V

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发展时期建立起来的，以后经过多次修改。

1959年后，联邦德国标准委员会把各部分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字母一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）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”

不定的或无意义的

沸腾碱性转炉钢（托马斯钢）

正火

镇静碱性转炉钢（托马斯钢）

软化退火

特殊冶炼方法沸腾钢，例如特殊精炼转炉钢

热处理后具有良好的可切削性

特殊冶炼方法镇静钢，例如特殊精炼转炉钢

韧性调质

沸腾平炉钢

调质

镇静平炉钢

硬性调质

沸腾氧气吹炼钢

冷变形

镇静氧气吹炼钢

弹簧硬化冷变形

电炉钢

根据特殊规定的处理

4•国内外低合金高强度结构钢牌号对照

表5低合金高强度结构钢世界牌号对照表

国家

中国

美国

日本

德国

英国

法国

国际标准化组织

品名

AST

JIS

DINDINEN

BSEN

NFNFEN

ISO630

牌号

Q345A

Cr50

GrB.C.D.A

A808M

SPFC590

E335

S345GWH

E335

E355C

HS355C

Q345B

Cr50

SPFC590

S355JR

E355CC

HS355C

Q345C

Gr.50

Gr.A

Gr.C,Gr.D

A808M

SPFC590

S335J0

E355DD

Q345D

Gr50

GrC.D.GrATYPe7

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）

SM570SMA570WSMA570P

S460NL

S460ML

S460NL

S460ML

S460NL

S460ML

E460CC

E460DD

HS460D

Q460E

五、低合金高强度钢用途

GB/T1591-1994中部分低合金高强度结构钢主要性能及应用举例如表下所示:

表6GB/T1591-1994中部分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

焊接结构件

Q390

Q420

强度咼，特别是在正火或正火加回火状态有较咼的综合力学性能

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

及其他大型焊接结构件

Q460

强度最咼，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，用于各种大型工程结构及要求强

度咼，载荷大的轻型结构

1•我司低合金高强度钢产品

我司低合金高强度结构钢代表钢种Q345B、Q345E、Q345ES等，涉及①75m说800mm

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+铁水一电炉一钢包一LF炉-VD炉一①连铸一连铸坯

②模铸一钢锭

轧钢工艺流程：

连铸坯、钢锭一加热炉一初轧一连续轧制一退火一精态一探伤一成品

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

①380①500①600①800mm

（下一步开发①700①900mm

①75~①450mm

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

我司低合金高强度结构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

①600mm

连铸坯

杭州余杭顺通金属制品有限公司

ASTMA350丄F2

15T八角锭

钢锭

苏州奥斯锻造有限公司

Q345E

①800mm

连铸坯

江阴华西法兰环件厂

风力发电法兰

Q345E、Q345ES

①800mm

连铸坯

扬州诚德重工有限公司

钢管

16Mn

①500-①800mm

连铸坯

浙江远大重工锻压有限公司

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

部分协议标准

国家标准

内控标准

连铸圆坯

A350.LF2（美标）

Q345B16Mn

S355NL（欧标）

Q345E

Q345ES

16Mn

16MnQ345BQ345E

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）

低合金高强度结构钢类

ZJC-YP-2

（连铸圆坯质量标准

LFZB-GG-022第二版）

棒材

BEL255OF445L33

54Mn2MnMn

4^66

211

钢锭

标美

z/lx\^）

nnMM66

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

合金兀素偏聚影响

C曲线、氢聚积

《Q345E厚板探伤不合

格的原因详解与分析》

内部裂纹

江苏诚德重工有限公司Q345E

连铸圆坯

中心缩孔、疏

凝固桥的形成阻止

《宽厚板连铸坯中心偏

内部

探伤不

松

液体补缩

析的产生原因及控制》

缺陷

合格

中心偏析

心部形成异常组织

《Q345E厚板探伤不合

裂纹源硫化物生成

格的原因详解与分析》

内部夹杂物

铝钙氧化物、硫化锰

《Q345E探伤不合的原

因分析与研究》

无锡宏达重工股份有限公司

浇注温度、钢包钢水

温度稳定性等

《低合金结构钢圆锭纵

裂纹的控制》

表面裂纹

江苏诚德重工有限公司Q345E

连铸圆坯

表面

表面检

测不合

格

弯曲、短尺、

矫直矫痕

轧制及定尺加工时

产生

苏州新海宜通信科技股份有限

公司S235JRG2棒材

缺陷

表面划伤、折

叠等

轧制生产时产生

钢锭表面沙

模具内表面光洁度

苏州奥斯锻造有限公司LF2钢

眼

差

锭（非我司产品）

八、主要竞争对手

我司低合金高强度结构钢产品主要竞争对手有兴澄特钢、大连特钢、马钢、淮钢、南钢、中天钢铁等。

九、我司低合金高强度结构钢合格率

表11我司2014年1~4月份低合金高强度结构钢合格率

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

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%

总计

3766.73

56.87%

66.45%

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%

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%

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

表面纵裂纹判

废22.52吨

总计

2457.969

38.66%

93.04%

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行对标，从中找出与标杆单位存在

差距、不足，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行比较，对标牌号为Q345E

序号

对比项目

对比情况

备注

化学成分

从成分要求来看，我司主试项目多于兴澄、淮钢和国标，我司与淮钢对于兀素含量范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，对于有害兀素和残余兀素我司要求均高于兴澄和淮钢。

低倍

低倍方面，各试验项目指标我司标准要求均严于兴澄和淮钢。

外形尺寸

在外形尺寸三个单位要求基本一致，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

表面质量

表观质量方面三个单位要求基本一致

包装标识

三家单位要求一致

总评

对于Q345E，我司对于残余兀素、有害兀素、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，三豕公司要求基本一致；

、化学成分

家\

永

0.13-

0.15-

1.30-

<0.01

<0.00

<0.2

<0.1

<0.5

0.02

<0.0

0.02

0.02-

<0.1

0.0008

0.000

钢

0.18

0.35

1.40

0.05

-0.06

0.05

0.0025

兴

0.13-

0.20-

1.20-

<0.02

0.02-

<0.01

0.000

澄

0.18

0.55

1.60

0.20

淮

0.11-

0.20-

1.45-

<0.01

0.020-

钢

0.15

0.30

1.60

0.035

国

<0.1

<0.5

<1.

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