簡介

結(jié)構(gòu)鋼

結(jié)構(gòu)鋼是指符合特定強度和可成形性等級的鋼。可成形性以抗拉試驗中斷后伸長率表示。結(jié)構(gòu)鋼一般用于承載等用途，在這些用途中鋼的強度是一個重要設計標準。

結(jié)構(gòu)鋼可以細分為：合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、耐熱結(jié)構(gòu)鋼等等。

分類

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，硫﹑磷及其它非金屬夾雜物的含量較低。根據(jù)含碳量和用途的不同，這類鋼大致又分為三類： 

1、 小于0.25%C為低碳鋼，其中尤以含碳低于0.10%的08F，08Al等，由于具有很好的深沖性和焊接性而被廣泛地用作深沖件如汽車﹑制罐......等，20G則是制造普通鍋爐的主要材料。此外，低碳鋼也廣泛地作為滲碳鋼，用于機械制造業(yè)。

2、0.25～0.60%C為中碳鋼，多在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，制作機械制造工業(yè)的零件。調(diào)質(zhì)多少22~34HRC，能得到綜合機械性能，也便于切削。

3、大于0.6%C為高碳鋼，多用于制造彈簧﹑齒輪﹑軋輥等，根據(jù)含錳量的不同，又可分為普通含錳量（0.25～0.8%）和較高含錳量（0.7～1.0%和0.9～1.2%）兩鋼組。錳能改善鋼的淬透性，強化鐵素體，提高鋼的屈服強度﹑抗拉強度和耐磨性。通常在含錳高的鋼的牌號后附加標記“Mn”，如15Mn﹑20Mn以區(qū)別于正常含錳量的碳素鋼。

碳素工具鋼含碳量在0.65～1.35%之間，經(jīng)熱處理后可得到高硬度和高耐磨性，主要用于制造各種工具﹑刃具﹑模具和量具（見工具鋼）。

案例

合金結(jié)構(gòu)鋼

這類鋼，由于具有合適的淬透性，經(jīng)適宜的金屬熱處理后，顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體，因而具有較高的抗拉強度和屈強比（一般在0.85左右），較高的韌性和疲勞強度，和較低的韌性－脆性轉(zhuǎn)變溫度，可用于制造截面尺寸較大的機器零件。

合金元素在結(jié)構(gòu)鋼中的作用

有三個方面：①增大鋼的淬透性。淬透性是指鋼淬火時，從表層起淬成馬氏體層的深度，是取得良好綜合性能的主要參數(shù)。除Co外，幾乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高鋼的淬透性，其中 Mn、Mo、Cr、B的作用最強，其次是Ni、Si、Cu。而強碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等，只有溶于奧氏體中時才能增大鋼的淬透性。②影響鋼的回火過程。由于合金元素在回火時能阻礙鋼中各種原子的擴散，因而在同樣溫度下和碳素鋼相比，一般均起到延遲馬氏體的分解和碳化物的聚集長大作用，從而提高鋼的回火穩(wěn)定性，即提高鋼的抗回火軟化能力，V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比較顯著，Al、Mn、Ni的作用不明顯。含有較高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的鋼，在500～600℃回火時，析出細小彌散的特殊碳化物質(zhì)點如V4C3、Mo2C、W2C等，代替部分較粗大的合金滲碳體，使鋼的強度不再下降反而升高，即出現(xiàn)二次硬化（見回火）。Mo對鋼的回火脆性有阻止或減弱的作用。③影響鋼的強化和韌化。Ni以固溶強化方式強化鐵素體；Mo、V、Nb等碳化物形成元素，既以彌散硬化方式又以固溶強化方式提高鋼的屈服強度；碳的強化作用最顯著。此外，加入這些合金元素，一般都細化奧氏體晶粒，增加晶界的強化作用。影響鋼的韌性因素比較復雜，Ni改善鋼的韌性；Mn易使奧氏體晶粒粗化，對回火脆性敏感；降低P、S含量，提高鋼的純凈度，對改善鋼的韌性有重要作用（見金屬的強化）。

合金結(jié)構(gòu)鋼一般分為調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和表面硬化結(jié)構(gòu)鋼。

①調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼的含碳量一般約為0.25%～0.55%，對于既定截面尺寸的結(jié)構(gòu)件，在調(diào)質(zhì)處理（淬火加回火）時，如果沿截面淬透，則力學性能良好，如果淬不透，顯微組織中出現(xiàn)有自由鐵素體，則韌性下降。對具有回火脆性傾向的鋼如錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等，回火后應快冷。這類鋼的淬火臨界直徑，隨晶粒度和合金元素含量的增加而增大，例如，40Cr和35SiMn鋼約為30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV鋼則約為 60～100mm，常用于制造承受較大載荷的軸、連桿等結(jié)構(gòu)件。

②表面硬化結(jié)構(gòu)鋼 用以制造表層堅硬耐磨而心部柔韌的零部件，如齒輪、軸等。為使零件心部韌性高，鋼中含碳量應低，一般在0.12～0.25%，同時還有適量的合金元素，以保證適宜的淬透性。氮化鋼還需加入易形成氮化物的合金元素（如Al、Cr、Mo等）。滲碳或碳氮共滲鋼，經(jīng)850～950℃滲碳或碳氮共滲后，淬火并在低溫回火（約200℃）狀態(tài)下使用。氮化鋼經(jīng)氮化處理（480～580℃），直接使用，不再經(jīng)淬火與回火處理。

碳素結(jié)構(gòu)鋼

生產(chǎn)工藝

根據(jù)鋼種和鋼的質(zhì)量要求，合金結(jié)構(gòu)鋼的冶煉，可采用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐；或再加電渣重熔、真空除氣。鑄錠可采用連鑄或模鑄。鋼錠應緩慢冷卻或熱送鍛造、軋制。鋼錠加熱時，應力求溫度均勻并有足夠的保溫時間，以改善偏析缺陷和避免鍛、軋時變形不均勻；鍛、軋后的鋼材，尺寸小的、特別是含碳0.2%左右的滲碳鋼，在600℃以上時應快速冷卻，以免加重帶狀組織；截面較大的鍛件，應采取措施消除內(nèi)應力和白點。調(diào)質(zhì)鋼應盡可能淬火成馬氏體組織，然后回火成索氏體組織；滲碳鋼在滲碳過程中，滲層濃度梯度不宜過大，以免在滲層晶界上出現(xiàn)連續(xù)網(wǎng)狀碳化物；氮化鋼必需先經(jīng)熱處理得到所需的性能，再經(jīng)最后精加工才能進行氮化。氮化處理后除將脆薄的“白層”研磨除去外，不再加工。分類　碳素鋼的一種。含碳量約0.05%～0.70%，個別可高達0.90%?？煞譃槠胀ㄌ妓亟Y(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼兩類。前者含雜質(zhì)較多，價格低廉，用于對性能要求不高的地方，它的含碳量多數(shù)在0.30%以下，含錳量不超過0.80%，強度較低，但塑性、韌性、冷變形性能好。除少數(shù)情況外，一般不作熱處理，直接使用。多制成條鋼、異型鋼材、鋼板等。用途很多，用量很大，主要用于鐵道、橋梁、各類建筑工程，制造承受靜載荷的各種金屬構(gòu)件及不重要不需要熱處理的機械零件和一般焊接件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼質(zhì)純凈，雜質(zhì)少，力學性能好，可經(jīng)熱處理后使用。根據(jù)含錳量分為普通含錳量（小于0.80%）和較高含錳量（0.80%～1.20%）兩組。含碳量在0.25%以下，多不經(jīng)熱處理直接使用，或經(jīng)滲碳、碳氮共滲等處理，制造中小齒輪、軸類、活塞銷等；含碳量在0.25%～0.60%，典型鋼號有40，45，40Mn，45Mn等，多經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，制造各種機械零件及緊固件等；含碳量超過0.60%，如65，70，85，65Mn，70Mn等，多作為彈簧鋼使用。

力學性能

這類鋼主要保證力學性能，故其牌號體現(xiàn)其力學性能，用Q+數(shù)字表示，其中“Q”為屈服點“屈”字的漢語拼音字首，數(shù)字表示屈服點數(shù)值，例如Q275表示屈服點為275Mpa。若牌號后面標注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同，含S、P的量依次降低，鋼材質(zhì)量依次提高。若在牌號后面標注字母“F”則為沸騰鋼，標注“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標注“F”或“b”者為鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235-A·F表示屈服點為235Mpa的A級沸騰鋼，Q235-C表示屈服點為235Mpa的C級鎮(zhèn)靜鋼。

質(zhì)量分數(shù)

碳素結(jié)構(gòu)鋼一般情況下都不經(jīng)熱處理，而在供應狀態(tài)下直接使用。通常Q195、Q215、Q235鋼碳的質(zhì)量分數(shù)低，焊接性能好，塑性、韌性好，有一定強度，常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)和制造普通螺釘、螺母等零件。Q255和Q275鋼碳的質(zhì)量分數(shù)稍高，強度較高，塑性、韌性較好，可進行焊接，通常軋制成型鋼、條鋼和鋼板作結(jié)構(gòu)件以及制造簡單機械的連桿、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、銷等零件。

表示方法

碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成。例如：Q235-A·F。

⒌1.1.1 沸騰鋼硅含量不大于0.07%；半鎮(zhèn)靜鋼硅含量不大于0.17%；鎮(zhèn)靜鋼硅含量下限值為0.12%。

⒌1.1.2 D級鋼應含有足夠的形成細晶粒結(jié)構(gòu)的元素，例如鋼中酸溶鋁含量不小于0.015%或全鋁含量不小于0.020%。

⒌1.1.3 鋼中殘余元素鉻、鎳、銅含量應各不大于0.30%，氧氣轉(zhuǎn)爐鋼的氮含量應不大于0.008%。如供方能保證，均可不做分析。

經(jīng)需方同意，A級鋼的銅含量，可不大于0.35%。此時，供方應做銅含量的分析，并在質(zhì)量證明書中注明其含量。

⒌1.1.4 鋼中砷的殘余含量應不大于0.080%。用含砷礦冶煉生鐵所冶煉的鋼，砷含量由供需雙方協(xié)議規(guī)定。如原料中沒有含砷，對鋼中的砷含量可以不做分析。

⒌1.1.5 在保證鋼材力學性能符合本標準規(guī)定情況下，各牌號A級鋼的碳、硅、錳含量和各牌號其他等級鋼碳、錳含量下限可以不作為交貨條件，但其含量（熔煉分析）應在質(zhì)量證明書中注明。

⒌1.1.6 在供應商品鋼錠（包括連鑄坯）、鋼坯時，供方應保證化學成分（熔煉分析）符合表1規(guī)定，但為保證軋制鋼材各項性能符合本標準要求，各牌號A、B級鋼的化學成分可以根據(jù)需方要求進行適當調(diào)整，另訂協(xié)議。

⒌1.2 成品鋼材、商品鋼坯的化學成分允許偏差應符合GB222中表1的規(guī)定。

沸騰鋼成品鋼材和商品鋼坯化學成分偏差不作保證。

⒌2 冶煉方法

鋼由氧氣轉(zhuǎn)爐、平爐或電爐冶煉，除非需方有特殊要求，并在合同中注明，冶煉方法一般由供方自行決定。

⒌3 交貨狀態(tài)

鋼材一般以熱軋（包括控軋）狀態(tài)交貨。根據(jù)需方要求，經(jīng)雙方協(xié)議，也可以正火處理狀態(tài)交貨（A級鋼材除外）。