新型工程结构用钢及发展趋势

工程结构用钢是指专门用来制造各种工程结构的一大类钢种，它广泛用于制造桥梁、船体、油井或矿井架、钢轨、高压容器、管道和建筑钢结构等工程结构件，故又称为工程构件用钢或简称构件钢。在钢总产量中构件钢约占90%，其成本低、用量大，通常在热轧空冷状态下使用。

1.工程结构用钢的工作条件与性能要求

一般来说，工程构件的工作特点是不做相对运动，承受长期静载荷，有一定使用温度要求。例如，有的使用温度可达250℃以上（如锅炉）；有的则在寒冷（-40～-30℃）条件下工作，长期承受低温作用，其通常在野外（如桥梁）或海水（如船舶）条件下使用，承受大气或海水的侵蚀作用。此类工程构件常见的失效形式主要有变形、断裂以及遭受腐蚀等。因此构件钢应满足以下使用性能。

①良好的加工工艺性能：通常工程构件的主要生产过程有冷塑性变形和焊接两个方面。所以构件钢必须相应地具有良好的冷（热）成型工艺性和可焊性。

②高强度与良好塑韧性：为使工程构件在长期静载下结构稳定，不易产生弹性变形，更不允许产生塑性变形与断裂，即要求构件钢有大的弹性模量、高的强度。

③良好的耐大气和海水腐蚀性、保证工程构件在大气或海水等腐蚀性工况下稳定工作。

2.铁素体-珠光体工程结构用钢

该种钢是工程结构用钢中最主要、用量最大的一类钢，包括以下2种。

（1）碳素工程结构钢与高性能细晶粒碳素结构钢

1）碳素工程结构钢

这类钢大部分用作钢结构，少量用作机器零件。由于其易于冶炼、工艺性能好、价格低廉，在力学性能上一般能满足普通工程构件及机器零件的要求，所以工程上用量很大。它通常均轧制成钢板或各种型材供应。

2）高性能细晶粒碳素结构钢(www.xing528.com)

随着经济建设的持续快速发展，对钢材的需求量猛增，各行业都要求开发高强度、长寿命的钢材。高性能细晶粒碳素结构钢的主要目标是在保证有良好塑韧性基础上，使原钢材强度提高1倍，其技术思路是以细化钢材的晶粒和组织为核心，同时提高钢的洁净度，并改善钢的均匀性。确定在现有工业生产条件下生产出500MPa级细晶钢，逐步代替该强度级别的低合金高强度钢，用于生产卡车、轿车、农用车等的底盘纵梁、横梁、车桥等冲压件。例如，首钢生产的Ⅲ级螺纹钢筋，已成功应用于国家大剧院、西直门交通枢纽等国家重点工程建设。高性能细晶粒碳素结构钢在建筑、造船、桥梁、容器、工程机械等方面，有着广阔的应用前景。

（2）低合金高强度钢与微合金化低碳高强度钢

1）低合金高强度钢（普低钢）

利用添加少量合金元素，使钢在轧制或正火状态下的屈服强度超过275MPa的一类低合金钢，称为低合金高强度钢（简称普低钢）。

低合金高强度钢是为适应大型工程结构（如大型桥梁、大型压力容器及船舶等）减轻结构重量，提高使用的可靠性及节材的需要而发展起来的。这是一类高效节能、用途广泛、用量很大的一类钢。其强度尤其是屈服强度大大高于碳含量相同的普碳钢。最常用的普碳钢Q235与低合金高强度钢Q345（16Mn）的强度比较如表11.1所示。

表11.1　Q235与Q345（16Mn）的强度比较

这类钢的典型牌号为Q345、Q420。一般采用正火作为最终热处理状态。

其中的Q345（16Mn）钢有较高的强度，良好的塑性和低温韧性以及焊接性，是我国这类钢中产量最多、用量极广的钢种，其广泛用于生产钢筋和建筑钢结构，也应用于多种专用钢，如主跨度为160m的桥梁、容器、造船等。Q420钢的屈服强度则属于440MPa级别，它是为适应建筑和桥梁工程而开发的钢种，如主跨度为216m的九江长江大桥。

2）微合金化低碳高强度钢

低碳是指高Mn并加入微量合金元素V、Ti、Nb、Zr、Cr、Ni、Mo及RE等的一类钢。常用碳含量范围ωC＝0.12%～0.14%。其另一个特点是微量合金元素的复合加入，元素复合量（质量分数）范围一般控制在0.01%～0.1%之间。