Q354鋼材的性能區(qū)別有哪些？

曉昀

8 P( ~* h- J; |/ f


2 @" E% G# G4 x         Q345A、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E鋼材性能有哪些區(qū)別？
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8 s8 ~5 a0 u5 Y( [9 \

2 q: \  u* @: d8 U/ T; ~6 @3 q
1 C* J9 y# I" G6 d3 h% W; W9 K
! P" @8 v+ ?- O" A; i3 ^& [- j
% h  T4 Y" p  p, W- s         Q345是一種鋼材的材質(zhì)。它是低合金鋼（C<0.2%)，廣泛應(yīng)用于建筑，橋梁、車輛、船舶、壓力容器等。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服強度，后面的345，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在345MPa左右。并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。
% H5 Y% m. E+ S5 _! g. }' w6 z
$ F$ N- U( v" N" a        Q345綜合力學(xué)性能良好，低溫性能尚可，塑性和焊接性良好，用做中低壓容器、油罐、車輛、起重機、礦山機械、電站、橋梁等承受動載荷的結(jié)構(gòu)、機械零件、建筑結(jié)構(gòu)、一般金屬結(jié)構(gòu)件，熱軋或正火狀態(tài)使用，可用于-40℃以下寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。
  C4 R# y- r3 E3 F
* ^* d4 D; ^1 z5 o" S9 E) w

級別分類

       Q345按等級可分為Q345A，Q345B，Q345C，Q345D，Q345E。它們所代表的，主要是沖擊的溫度有所不同。
# M( \0 P4 A5 [( H3 F
$ }( \: O" v( y. B        Q345A級，是不做沖擊;
, Z1 H6 Q8 D# A9 i$ y
        Q345B級，是20度常溫沖擊;

! {5 w9 b2 T' W& b        Q345C級，是0度沖擊;
6 y/ m6 L5 e/ ]0 b4 ^. \
        Q345D級，是－20度沖擊;

+ E% K" {# [) y) Y+ H$ b9 j& D8 z$ @        Q345E級，是－40度沖擊。
* V$ S+ |5 I! k4 c, d
        在不同的沖擊溫度，沖擊的數(shù)值也有所不同。
; S# a( f0 S! w* |' l0 y. O. S

化學(xué)成分

            Q345A：C≤0.20,Mn ≤1.7，Si≤0.55，P≤0.045，S≤0.045，V 0.02~0.15；
5 j7 R' k& c( v( y$ ^1 _$ B
            Q345B：C≤0.20，Mn≤1.7，Si≤0.55，P≤0.040，S≤0.040，V 0.02~0.15；
. q0 B1 ?4 B& i% j& ]
- l6 C/ J2 x7 a0 U            Q345C：C≤0.20，Mn≤1.7，Si≤0.55，P≤0.035，S≤0.035，V 0.02~0.15，Al≥0.015；

5 K7 T, i3 i$ b$ {5 k) m6 L" }/ {            Q345D：C≤0.20，Mn≤1.7，Si≤0.55，P≤0.030，S≤0.030，V 0.02~0.15，Al≥0.015；

            Q345E：C≤0.20，Mn≤1.7，Si≤0.55，P≤0.025，S≤0.025，V 0.02~0.15，Al≥0.015。

對比16Mn

8 q! s4 S$ b/ p  V5 ]* ^; g' ^) }
& y/ R  z$ Z8 t- `3 b             Q345鋼是老牌號的12MnV、14MnNb、18Nb、16MnRE、16Mn等多個鋼種的替代，而并非僅替代16Mn鋼一種材料。在化學(xué)成分上，16Mn與Q345也不盡相同。

            更重要的是兩種鋼材按屈服強度的不同而進行的厚度分組尺寸存在較大差異，而這必將引起某些厚度的材料的許用應(yīng)力的變化。因此，簡單地將16Mn鋼的許用應(yīng)力套用在Q345鋼上是不合適的,而應(yīng)根據(jù)新的鋼材厚度分組尺寸重新確定許用應(yīng)力。

+ D2 g* H9 Y3 w, W6 G            Q345鋼的主要組成元素比例與16Mn鋼基本相同，區(qū)別是增加了V、Ti、Nb微量合金元素。少量的V、Ti、Nb合金元素能細化晶粒，大大提高了鋼的韌性，鋼的綜合機械性能得到較大提高。
, H6 ]3 Q" u7 h" o2 f$ K
! p& i8 h6 J9 \+ i% v" a- g             也正因為如此，鋼板的厚度才可以做得更大一些。因此，Q345鋼的綜合機械性能應(yīng)當(dāng)優(yōu)于16Mn鋼，特別是它的低溫性能更是16Mn鋼所不具備的。Q345鋼的許用應(yīng)力略高于16Mn鋼。

' e2 B/ P; Y$ e, ?5 b# p/ t
4 E/ F+ i; f1 Z  d% a; B
! `  t6 y, q0 Z$ f. s0 F' m, X9 Q
5 ^, o4 M; w3 d+ S2 z, c

性能對比

          Q345D無縫管力學(xué)性能：
. d$ Y* \2 ?, c
, ]% }# [" o' b) P; o            抗拉強度：490-675屈服強度：≥345 伸長率：≥22

* Q7 g  l# s6 \' H* z3 n            Q345B無縫管力學(xué)性能：

             抗拉強度：490-675 屈服強度：≥345 伸長率：≥21
' z* ^7 O6 S  {6 X! s/ G& w6 W% ~! X
- h  H9 t; i: t& c             Q345A無縫管力學(xué)性能：
$ W0 n- `9 M% {7 W8 L
             抗拉強度：490-675 屈服強度：≥345 伸長率：≥21
! u" ~; W! J1 m
            Q345C無縫管力學(xué)性能：
/ a, H6 l4 U7 w9 u& w1 g8 {6 a5 c
            抗拉強度：490-675 屈服強度：≥345 伸長率：≥22

% r- B. D# |3 d  Z             Q345E無縫管力學(xué)性能：
: [0 [# S# A0 ^  X' E
; m# w  u, v9 I2 j$ t3 y              抗拉強度：490-675屈服強度：≥345 伸長率：≥22


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產(chǎn)品系列

9 d7 P# {4 O3 P0 G4 M  }0 |
           Q345D鋼材與Q345A，B，C鋼相比而言。低溫沖擊功的試驗溫度低。性能好。含有害物資P,S量比Q345A，B，C要低。

. h* w  G; C; R1 e+ Y  [6 a) m市場價格比Q345A，B，C要高。
( A5 p" U4 F% _2 A
0 x; P  l7 k0 X% W            Q345d定義：①由Q+數(shù)字+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號組成。它的鋼號冠以“Q”，代表鋼材的屈服點，后面的數(shù)字表示屈服點數(shù)值，單位是MPa例如Q235表示屈服點（σs）為235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。
6 L* ?4 N4 Q% O* a
" c/ j- A* N: w; l4 g5 ]& u5 P                                    ②必要時鋼號后面可標出表示質(zhì)量等級和脫氧方法的符號。質(zhì)量等級符號分別為A、B、C、D。
+ Z' Z7 u# j0 |8 G' l# w7 {: L
                          脫氧方法符號：F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標符號，即Z和TZ都可不標。例如Q235-AF表示A級沸騰鋼。

                                     ③專門用途的碳素鋼，例如橋梁鋼、船用鋼等，基本上采用碳素結(jié)構(gòu)鋼的表示方法，但在鋼號最后附加表示用途的字母。
4 d: C( \* j& x7 W  k; q. N/ y
) A8 ^8 Y* T) z, w  r6 h. o

Q345（低合金高強度鋼）網(wǎng)上摘錄相關(guān)資料

" v" ^: ]1 z% r* c3 B$ Z材料介紹
' ~8 P" [! U1 e. N9 @/ ?
, T  v6 V. P% X6 R1. Q345化學(xué)成分如下表（%）：
# r- D- L, b1 i# R
: |  `# f) b6 \0 B4 R2.Q345C力學(xué)性能如下表（%）：

機械性能指標      伸長率（%）        試驗溫度0℃       抗拉強度MPa     屈服點MPa
5 n. T) j' Z, s; r9 i5 r# E
4 z3 q" l9 b5 C8 g; O- \! B數(shù)值                   ≥22                      ≥34                   470-650           324-259
" O8 s0 g4 w: v7 X: n

其中壁厚介于16-35mm時，σs≥325Mpa；壁厚介于35-50mm時，σs≥295Mpa
$ O/ R! b) k7 P- }4 }* f3 c
2 ~) w8 Y' e# N8 X* c9 y2. Q345鋼的焊接特點

2.1 碳當(dāng)量(Ceq)的計算
6 O: b& O% C: H* Y) Q. Z/ k* l( A
Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5
( e, e  q( d8 y9 l( U
0 w8 w. ^2 H+ A6 J  n- G計算Ceq=0.49%，大于0.45%，可見Q345鋼焊接性能不是很好，需要在焊接時制定嚴格的工藝措施。

+ ]  W7 B4 Y4 h- x/ U2.2 Q345鋼在焊接時易出現(xiàn)的問題

. j6 v) R) C5 }' M1 {# ]0 X2.2.1 熱影響區(qū)的淬硬傾向

Q345鋼在焊接冷卻過程中，熱影響區(qū)容易形成淬火組織-馬氏體，使近縫區(qū)的硬度提高，塑性下降。結(jié)果導(dǎo)致焊后發(fā)生裂紋。

2.2.2 冷裂紋敏感性
. ?. `5 _+ ~) z
Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。

焊接施工流程
0 C  {& u6 G/ Z5 ]" n+ ?
坡口準備→點固焊→預(yù)熱→里口施焊→背部清根（碳弧氣刨）→外口施焊 →里口施焊→自檢/專檢→焊后熱處理→無損檢驗（焊縫質(zhì)量一級合格）

  w2 j0 q& t$ U2 Z' @6 U* d焊接工藝參數(shù)的選擇
/ q+ \$ C% r8 z" W; _
$ e% ^) P; y( O7 L通過對Q345鋼的焊接性分析，制定措施如下：
- E5 T( ^4 Z( j' M; f
! J$ _* n2 |7 m1. 焊接材料的選用

  q$ E! v: q5 G- |% v' x1 v' @( X$ z由于Q345鋼的冷裂紋傾向較大，應(yīng)選用低氫型的焊接材料，同時考慮到焊接接頭應(yīng)與母材等強的原則，選用E5015 （J507）型電焊條。
/ d0 j: ]3 p" _
化學(xué)成分見下表（%）：

         元素   C               Mn          Si       S              P            Cr         Mo         V          Ti
3 \/ K, ^6 P8 X6 u1 p" q
7 ~. Y+ j1 ?* `* V* f         含量    0.071      1.11      0.50  0.009      0.016      0.02     0.01     0.01       0.01
6 L8 U7 z5 @$ j5 M7 W

+ e# N* c, g0 Z( a: A
( m" |5 Y: {. t- Y力學(xué)性能見下表：σb/Mpa       σs/Mpa       δ5（%）      Ψ（%）     Akv/J-30℃
/ w$ i  l& |+ h/ a! o# R/ t
( S' Z: P3 L1 D' U! ~                                  440              540             31                79               164/114/76

（抗拉強度應(yīng)該大于屈服）
% t$ D( e7 n7 c) a5 W
' T: @- V+ X* H" Z- C* ^: z! g+ V2. 坡口形式：（根據(jù)圖紙和設(shè)備供貨）

3. 焊接方法：采用手工電弧焊（D）。

& n' b% K1 ]2 u4. 焊接電流：為了避免焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，必須采用小規(guī)范焊接。具體措施為：選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝（焊接順序如圖一所示）。焊道的寬度不大于焊條的3倍，焊層厚度不大于5mm。第一層至第三層采用Ф3.2電焊條，焊接電流100-130A；第四層至第六層采用Ф4.0的電焊條，焊接電流120-180A。
0 g' q" A5 G7 V+ b5 I1 H  O; A
5. 預(yù)熱溫度：由于Q345鋼的Ceq>0.45%，在焊接前應(yīng)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度T0=100-150℃，層間溫度Ti≤400℃。
# {+ H4 Q, b  t. J
! Y9 w1 I' t1 q8 z: L. G% c6. 焊后熱處理參數(shù)：為了降低焊接殘余應(yīng)力，減小焊縫中的氫含量，改善焊縫的金屬組織和性能，在焊后應(yīng)對焊縫進行熱處理。熱處理溫度為：600-640℃，恒溫時間為2小時（板厚40mm時），升降溫速度為125℃/h 。
3 f" ~1 Z4 O, a& O; X4 R
* ?" S3 [, V- C, S9 H( g

現(xiàn)場焊接順序

3 Q9 y8 z- y" ~4 v3 ^9 \$ n. b, I4 o! {1. 焊前預(yù)熱

# l2 H" ]8 y; B% c) M. O在翼緣板焊接前，首先對翼緣板進行預(yù)熱，恒溫30分鐘后開始焊接。 焊接的預(yù)熱、層間溫度、熱處理由熱處理控溫柜自動控制，采用遠紅外履帶式加熱爐片，微電腦自動設(shè)定曲線和記錄曲線，熱電偶測量溫度。預(yù)熱時熱電偶的測點距離坡口邊緣15mm-20mm。
/ b2 Z! x3 T4 G1 l2 S: Z, {1 j
2. 焊接
# h" ]3 r6 y) D
2.1 為了防止焊接變形，每個柱接頭采用二人對稱施焊，焊接方向由中間向兩邊施焊。在焊接里口時（里口為靠近腹板的坡口），第一層至第三層必須使用小規(guī)范操作，因為它的焊接是影響焊接變形的主要原因。在焊接一至三層結(jié)束后，背面進行清根。在使用碳弧氣刨清根結(jié)束后，必須對焊縫進行機械打磨，清理焊縫表面滲碳，露出金屬光澤，防止表層碳化嚴重造成裂紋。外口焊接應(yīng)一次焊完，最后再焊接里口的剩余部分。
, H6 Z9 B3 E& k) S
2.2 當(dāng)焊接第二層時，焊接方向應(yīng)與第一層方向相反，以此類推。每層焊接接頭應(yīng)錯開15-20mm。
# Q- Q1 s6 |1 }
2.3 兩名焊工在焊接時的焊接電流、焊接速度和焊接層數(shù)應(yīng)保持一致。
( j- \. @5 s0 I' k" A# }
2.4 在焊接中應(yīng)從引弧板開始施焊，收弧板上結(jié)束。焊接完成后割掉并打磨干凈。
4 u* k" S* [& b  o
3. 焊后熱處理：焊口焊接完成后應(yīng)在12小時內(nèi)進行熱處理。如不能及時進行熱處理應(yīng)采取保溫、緩冷措施。在進行熱處理時，應(yīng)采用兩根熱電偶測溫，熱電偶點焊在焊口的里外側(cè)。
9 P- b# o) A9 ^7 B

4. 焊接檢驗

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》的要求，焊口采用超聲波探傷法進行檢驗，檢驗比例為100%。

4 g4 n" Y8 _9 R7 i5 \" ~現(xiàn)場技術(shù)管理

. ^5 h- R+ P" U         1. 編制詳細的焊接施工作業(yè)指導(dǎo)書。
9 S" x4 w- Y$ g3 r  V& v# f7 q+ m- b
# U6 M8 K( n' a6 D6 O% f         2. 全過程控制焊接工藝是確保質(zhì)量的核心。
  p! _+ L  W# \$ F5 L& L8 e0 p
& b- Z  O' ]+ O7 S' H) K         每個柱接頭的焊接時，應(yīng)有專人監(jiān)控焊接工藝，如焊工不按作業(yè)指導(dǎo)書施工應(yīng)立即終止焊接。在焊接過程中，熱處理人員應(yīng)全程監(jiān)控層間溫度，如超標應(yīng)立即通知焊工暫停。
7 p+ }  t9 X. i& `7 T$ K
         3. 提高施工人員質(zhì)量意識是貫徹焊接工藝的關(guān)鍵
2 M; R, X; i/ B. L( C4 I& @
        在施工前，進行全員交底，并且開取施工工藝卡。交底中詳細講解焊接工藝特點及嚴格控制現(xiàn)場焊接工藝的必要性和控制要點。

結(jié)論

         按此焊接工藝措施施工，在現(xiàn)場共焊焊口102道，經(jīng)無損檢驗一次合格率達到100%。經(jīng)過實際施工的驗證，此焊接工藝措施不僅能在現(xiàn)場指導(dǎo)對Q345鋼的焊接，而且能夠保證焊接質(zhì)量。

( Z: I; A% B, a0 G
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