低合金高强度结构钢简要分析.docx

1、低合金高强度结构钢简要分析低合金高强度结构钢High Strength Low Alloy Steel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（Wc0.2%），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1867-187

2、4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

3、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

4、 、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 0.010.02%;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

5、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（w 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0.050.15% 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

6、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/T 1591-2008规定，低合金高强度钢分为 8个牌号，Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q

7、690；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

8、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1 JIS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44-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

9、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SS一般结构用碳素钢管STK焊接结构用轧制钢材SM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、SD3.德国牌号命名方式DIN是德国工业标准（De

10、utsche Industrie Norm ）。关于DIN标准的牌号表示方法，有 DIN 17006体系和DIN 17007体系两种。根据DIN 17006对牌号表示方法的规定，它的牌号由三部分组成：表示钢的强度或化学成分的主体部分；冠在主体前面表示冶炼或原始特性的缩写字 母；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 、两部分在非必须时可予省略。DIN 17006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

11、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、W4Al、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V10C、 N、 P、 S100DIN 17007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DIN 17007数字代号和DIN 17006字母一数字体系的牌号这两种表示方法，在钢铁和其他

12、金属材料标准中间时并列，广泛应用数字代号（WNr.）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”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

13、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GBASTJISDIN DINENBSBSENNF NFENISO 630牌号Q345ACr50GrB.C.D.AA808MSPFC590E335S345GWHE335E335E355CHS355CQ345BCr50SPFC590S355JRS355JRS355JRE355CCHS355CQ34

14、5CGr.50Gr.AGr.C, Gr.DA808MSPFC590S335J0S335J0S335J0E355DDQ345DGr50GrC.D.GrA TYPe7SPFC590S355JRSE55JRS355JRE355CCQ345EType7Gr.50SPFC590S355NLS355MLS355NLS355MLS355NLS355MLE355EE355DDQ390ASTKT540E390CCQ390BQ390CSTKT540E390DDHS390Q390EQ420AGr60GrEGrBSEV295E420CCHS420DQ420BCr60Gr.ESEV345S420NLS420MLS420

15、NLS420MLS420NLS420MLS420CE420CCQ460CGr65(450)SM570 SMA570W SMA570PS460NLS460MLS460NLS460MLS460NLS460MLE460CCE460DDHS460DQ460E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6 GB/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

16、其他较高载荷的焊接结构件Q390Q420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75m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

17、一钢包一 LF炉-VD炉一连铸一连铸坯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 380 500 600 800mm（下一步开发 700900mm 75 450mm4.527 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

18、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Q345B600mm连铸坯杭州余杭顺通金属制品有限公司ASTMA350丄F215T八角锭钢锭苏州奥斯锻造有限公司Q345E800mm连铸坯江阴华西法兰环件厂风力发电法兰Q345E、 Q345ES800mm连铸坯扬州诚德重工有限公司钢管16Mn500- 800mm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）Q345B 16MnS355NL （欧标）Q345EQ34

19、5ES16Mn16Mn Q345B Q345E16Mn16MnLFZBJX-ZP-2014-07LFZBJX-ZP-2013-02LFZBJX-ZP-2013-20LFZBJX-ZP-2014-17LFZBJX-ZP-2013-08LFZBJX-ZP-2014-08GBT 1591-2008 （YB 4149-2006 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BE L255 OF44 5L33QQ54Mn2MnMn466211/钢锭标 美z/lx )n n M M 6 61 1/七、导致产品不合格的原因表10导致产品不合格的常见原因

20、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

21、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14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1A1056001196.3293.15%94.30%/Q345B500808.1168.33%100.00%/A105800566.6483.97%100.00%/Q345B3

22、801195.660.00%0.00%/总计/3766.7356.87%66.45%/2Q345B(16 Mn)5001191.78593.69%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/A1053802433.84397.31%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(16 Mn)800945.8931.56%80.78%低倍不满足B级标准465.57/A1055001856.4197.45%97.96%出坑短尺9.4吨，工序判废37.88吨/总计/6427.92887.01%9

23、6.27%/3Q345B800219.220.00%100.00%低倍超标准219.22吨/Q345E800802.63922.56%97.13%低倍超标准598.519吨工序判废23.01 吨Q345ES800316.460.00%77.15%低倍超标准244.14吨工序判废72.32 吨Q345E600327.6552.22%100.00%低倍超标准156.55吨A105800457.16100.00%100.00%/Q345ES600334.8442.10%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

24、38.66%93.04%/4Q345B3801231.44299.11%100.00%超长5.454吨端部割伤5.454吨/Q345B800219.220.00%100.00%低倍不合格219.22吨/Q345E800690.54438.90%96.67%低倍不合格398.904吨工序判废23.01 吨Q345ES800316.460.00%77.15%低倍不合格244.14吨工序判废72.32 吨A1055001206.17590.58%100.00%低倍不合格113.68吨/Q345B5001206.67196.10%100.00%低倍不合格47.065吨/A1058001593.6587

25、3.50%98.85%低倍不合格403.99吨工序判废18.4吨总计/6464.1776.00%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1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

26、高于兴澄和淮钢。2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。3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4表面质量表观质量方面三个单位要求基本一致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1家CSiMnPSCuCrNiNbTiVAlMoBH永0.13-0.15-1.30- 0.01 0.00 0.2 0.1 0.50.02 0.00.020.02- 0.10.00080.000钢0.180.351.40570500.051-0.060.0500.00252兴0.13-0.20-1.20- 0.02 0.02/0.02-/ 0.01/0.000澄0.180.551.60550.2052淮0.11-0.20-1.45- 0.01 0.01/0.020-/钢0.150.301.60550.035国 0.1 0.5 1.