Q345 Structural Steel: プロパティ, 用途, 専門家の洞察

Metal parts custom manufacturing

If you’re tackling medium-to-high stress projects—like large buildings, ロングスパンブリッジ, or heavy machinery—where you need significantly more strength than basic low-carbon steels without sacrificing workability, Q345 structural steel is an industry-leading solution. As a low-alloy high-strength steel (per Chinese standard GB/T 1591), it balances exceptional mechanical performance with easy fabrication, making it a staple in infrastructure and heavy manufacturing. But how does it excel in real-world tasks like building high-rise towers or manufacturing load-bearing automotive parts? このガイドは、その重要な特性を分解します, アプリケーション, 他の材料との比較, したがって、耐久性のために自信を持って決定を下すことができます, 高性能プロジェクト.

1. Material Properties of Q345 Structural Steel

Q345’s superiority lies in its alloy-enhanced composition—chromium, ニッケル, and vanadium work together to boost strength, タフネス, および腐食抵抗, setting it apart from lower-grade Q235/Q245. その定義的な特性を探りましょう.

1.1 化学組成

The 化学組成 of Q345 is optimized for high strength and balanced performance, with intentional alloy additions (GB/Tの場合 1591):

要素コンテンツ範囲 (%)重要な関数
炭素 (c)0.12 - 0.20Moderate content for core strength; avoids brittleness from excess carbon
マンガン (Mn)1.20 - 1.60Enhances hardenability and impact toughness (critical for withstanding dynamic loads)
シリコン (そして)0.20 - 0.55ローリングと溶接中の耐熱性を改善します (prevents warping in thick sections)
硫黄 (s)≤ 0.040弱点を排除するために厳密に最小化されます (avoids fatigue cracking in high-stress parts)
リン (p)≤ 0.040寒い脆性を防ぐためにしっかりと制御されています (suitable for cold climates down to -40°C)
クロム (cr)0.20 - 0.50腐食抵抗を高め、耐摩耗性を高めます (ideal for outdoor or humid environments)
ニッケル (で)0.20 - 0.50低温靭性を高めます (prevents brittle failure in cold-weather infrastructure)
バナジウム (v)0.02 - 0.15強度のバランスを改善するために、穀物構造を改良します; 疲労抵抗を高めます
他の合金要素トレース (例えば。, 銅)表面の品質と大気腐食抵抗への軽微な後押し

1.2 物理的特性

これら 物理的特性 make Q345 stable across extreme fabrication and operational conditions:

  • 密度: 7.85 g/cm³ (低合金構造鋼と一致しています, same as Q235/Q245)
  • 融点: 1450 - 1490°C (handles high-temperature processes like hot rolling and welding)
  • 熱伝導率: 44 - 48 w/(M・k) 20°Cで (slower heat transfer than Q235, ideal for parts exposed to temperature swings)
  • 比熱容量: 460 J/(kg・k)
  • 熱膨張係数: 12.8 ×10⁻⁶/°C (20 - 100°C, minimal warping for precision parts like bridge beams or machinery shafts)

1.3 機械的特性

Q345’s mechanical traits are tailored for high stress, making it ideal for load-bearing and dynamic applications:

財産値範囲
抗張力470 - 630 MPA
降伏強度≥ 345 MPA
伸長≥ 21%
面積の削減≥ 35%
硬度
– ブリネル (HB)140 - 180
– ロックウェル (bスケール)75 - 85 HRB
– ビッカーズ (HV)145 - 185 HV
衝撃の靭性≥ 34 j -40°Cで
疲労強度〜200 MPa (10⁷サイクル)

1.4 その他のプロパティ

  • 耐食性: 良い (outperforms Q235/Q245 by 2x; 大気水分と軽度の化学物質に抵抗します; galvanized variants excel in coastal areas)
  • 溶接性: 良い (予熱が必要です 150 – 200°C for sections >25mm thick; compatible with low-hydrogen arc welding—critical for structural integrity)
  • 加工性: 公正から良い (harder than Q235/Q245; annealed Q345 cuts easily with carbide tools; use cooling fluids for high-speed machining)
  • 磁気特性: 強磁性 (works with advanced non-destructive testing tools for defect detection in thick parts)
  • 延性: 中程度から高 (enough to withstand bending and forming for complex shapes like bridge girders or automotive frames)

2. Applications of Q345 Structural Steel

Q345’s high strength and versatility make it the backbone of medium-to-large infrastructure and heavy manufacturing. 主要な用途は次のとおりです, 実際の例があります:

2.1 工事

  • 構造の構造: Load-bearing frames for high-rise buildings (7–20 story residential/commercial towers). A Chinese construction firm used Q345 for a 15-story apartment complex in Shanghai—frames supported 12 kN/m² floor loads and withstood Typhoon Lekima (2019) ダメージなし.
  • : Long-span box girders and piers for highway/railway bridges (25–100メートルスパン). A Vietnamese transportation authority used Q345 for a 60-meter river bridge—cut concrete usage by 25% vs. Q245, as thinner steel sections could handle loads.
  • 補強材: High-strength rebars for heavy concrete structures (例えば。, dam spillways, stadium foundations). A Thai builder used Q345 rebars for a soccer stadium’s foundation—resisted 800 kg/m² loads and reduced rebar quantity by 30%.
  • 工業用建物: Steel frames for heavy factories (例えば。, 自動車工場, 製鉄所). An Indian industrial firm used Q345 for its 4-story automotive factory—frames supported 20-ton overhead cranes and heavy machinery.

2.2 自動車

  • 車両フレーム: Main chassis for heavy-duty trucks, SUV, とバス. A South Korean automaker uses Q345 for its 10-ton truck chassis—strength handles 5-ton payloads, and toughness absorbs road vibration.
  • サスペンションコンポーネント: Heavy-duty control arms and leaf springs for commercial vehicles. A Brazilian truck supplier uses Q345 for these parts—tested to last 300,000 km対. 200,000 km for Q245.
  • エンジンマウント: High-temperature mounts for large diesel engines (例えば。, 3.0–5.0L truck engines). A Pakistani automaker uses Q345 for these mounts—resists 300°C engine heat and heavy vibration.

2.3 機械工学

  • 機械部品: High-torque gears and shafts for industrial machinery (例えば。, マイニングクラッシャー, power generators). A Colombian mining firm uses Q345 for crusher gears—handles 500 ton/day ore loads without wear for 3 年.
  • シャフト: Heavy-duty drive shafts for agricultural machinery (例えば。, combine harvesters, large tractors). A Nigerian farm equipment brand uses Q345 for these shafts—resists bending under 10-ton plowing loads.
  • ベアリング: Load-bearing races for high-speed industrial turbines (例えば。, 10,000+ RPM). A Turkish turbine maker uses Q345 for these races—strength handles centrifugal forces and reduces maintenance.

2.4 その他のアプリケーション

  • マイニング機器: クラッシャージョーズ, バケツの歯, and conveyor frames for hard rock mining. An Australian mining firm uses Q345 for crusher jaws—last 2x longer than Q245 in iron ore mines.
  • 農業機械: Large plow frames and harvester cutting heads for extensive farms. 米国. farm equipment brand uses Q345 for its large harvester frames—toughness withstands rocky soil and heavy use.
  • 配管システム: Thick-walled pipes for high-pressure applications (例えば。, oil/gas transport, industrial steam). A Russian energy firm uses Q345 pipes for a natural gas pipeline—resists 5.0 MPa pressure and cold Siberian temperatures.
  • オフショア構造: Minor support brackets and platforms for coastal oil rigs. A Malaysian oil firm uses galvanized Q345 for these parts—resists saltwater corrosion for 15 年.

3. Manufacturing Techniques for Q345 Structural Steel

Q345’s alloy composition requires precise manufacturing to preserve strength and toughness—here’s a breakdown:

3.1 一次生産

  • 電気弧炉 (EAF): スクラップスチール (low-alloy grades) 溶けています, および高純度の合金 (クロム, バナジウム) are added in controlled doses—ideal for small-batch, 高品質の生産 (例えば。, 自動車シャーシ部品).
  • 基本的な酸素炉 (bof): 豚の鉄は酸素で洗練されています, then alloys are added—used for high-volume production of Q345 rebars, ビーム, またはパイプ (最も一般的な方法).
  • 継続的なキャスト: 溶融鋼はビレットに投げ込まれます (150–250 mm厚) or slabs—ensures uniform alloy distribution and minimal defects for load-bearing parts.

3.2 二次処理

  • ホットローリング: 主要な方法. 鋼は加熱されます 1150 - 1250°Cでシートに転がります (2–20 mm厚), バー (10–50 mm diameter), 鉄筋, or beams—enhances strength and grain structure.
  • コールドローリング: 薄いシートに使用されます (厚さ5 mm以下) like automotive body panels—done at room temperature for tight tolerances (±0.05 mm) 滑らかな表面.
  • 熱処理:
  • アニーリング: 加熱されています 800 - 850°C, 遅い冷却 - 機械加工用の鋼をソーフンします (例えば。, ギア切断) 内部ストレスを和らげます.
  • 正規化: 加熱されています 880 - 920°C, air cooling—improves strength uniformity for thick parts like bridge piers.
  • クエンチングと焼き戻し: Rare for basic Q345 (used only for high-stress parts like turbine shafts) - 加熱 850 - 900°C (水で癒された), で和らげられた 550 – 600°C to boost hardness.
  • 表面処理:
  • 亜鉛メッキ: 溶融亜鉛に浸す (60–100μmコーティング)—used for outdoor parts like bridge beams or offshore brackets to resist corrosion.
  • 絵画: Epoxy or polyurethane paint—applied to indoor parts like machine frames or automotive components for aesthetics and extra protection.

3.3 品質管理

  • 化学分析: 質量分析は、合金含有量を検証します (critical for strength and corrosion resistance—even 0.1% off in vanadium reduces fatigue performance).
  • 機械的テスト: 引張試験は強度/伸長を測定します; シャルピー衝撃テストでは、低温靭性を確認します; 硬度テストは一貫性を確認します.
  • 非破壊検査 (NDT):
  • 超音波検査: Detects internal defects in thick parts like bridge girders or pipes.
  • X線撮影テスト: 溶接接合部に隠された亀裂が見つかります (例えば。, factory frame connections).
  • 寸法検査: レーザースキャナーと精密キャリパーは、部品が耐性を満たすことを保証します (シート/バーの±0.1 mm, ±0.2 mm for rebars—critical for structural compatibility).

4. ケーススタディ: Q345 in Action

4.1 工事: Chinese 15-Story Apartment Complex

A Chinese construction firm used Q345 for a 15-story apartment complex (20,000 m²) in Shanghai. The building needed to withstand typhoon winds (120 km/h) そして 12 kn/m²床荷重 (家具, 住民). Q345’s 降伏強度 (≥345MPa) allowed using thinner steel sections (10MM対. 14mm for Q245), 鋼の重量を切る 20%. 後 8 年, the building showed no structural issues—saving $300,000 材料コスト.

4.2 自動車: South Korean Heavy-Duty Truck Chassis

A South Korean automaker switched from Q245 to Q345 for its 10-ton truck chassis. The chassis needed to handle 5-ton payloads and rough construction terrain. Q345’s 抗張力 (470–630 MPa) reduced chassis deformation by 40%, そしてその 衝撃の靭性 (-40°Cで34 j以上) 寒い冬のパフォーマンスを確保しました. 自動車メーカーが救った $100 トラックごと (薄い鋼) and reduced warranty claims by 35%.

4.3 配管: Russian Natural Gas Pipeline

A Russian energy firm used Q345 pipes for a 200-km natural gas pipeline in Siberia. The pipes needed to resist 5.0 MPa pressure and -40°C temperatures. Q345’s 低温靭性 prevented brittle failure in winter, そしてその 耐食性 (エポキシコーティング付き) avoided rust from snow. 後 10 年, no leaks or pipe damage were reported—saving $2 百万対. ステンレス鋼の使用.

5. 比較分析: Q345 vs. その他の材料

How does Q345 stack up to alternatives for medium-to-high stress projects?

5.1 他の鋼との比較

特徴Q345 Structural SteelQ245 Structural SteelQ235構造鋼A36炭素鋼 (私たち。)ステンレス鋼 (304)
降伏強度≥ 345 MPA≥ 245 MPA≥ 235 MPA≥ 250 MPA≥ 205 MPA
衝撃の靭性 (-40°C)≥ 34 j≥ 25 j≤ 20 j≤ 15 j≥ 100 j
耐食性良い適度貧弱/中程度貧しい素晴らしい
溶接性良い素晴らしい素晴らしい素晴らしい良い
料金 (トーンごと)\(1,000 - \)1,200\(750 - \)850\(700 - \)800\(800 - \)900\(4,000 - \)4,500
に最適です中程度のストレスMedium stress低中程度のストレス一般的な建設腐食が発生しやすい部分

5.2 非鉄金属との比較

  • スチールvs. アルミニウム: Q345 has 2.5x higher yield strength than aluminum (6061-T6, 〜138 MPa) コスト 60% 少ない. Aluminum is lighter but unsuitable for load-bearing parts like bridge piers or truck chassis.
  • スチールvs. 銅: Q345 is 5x stronger than copper and costs 85% 少ない. 銅は導電率に優れています, but Q345 is superior for structural or mechanical parts.
  • スチールvs. チタン: Q345 costs 90% チタンよりも少なく、同様の降伏強度があります (titanium ~345 MPa). Titanium is lighter but overkill for most infrastructure projects.

5.3 複合材料との比較

  • スチールvs. 繊維強化ポリマー (FRP): FRPは腐食耐性ですが、持っています 50% lower tensile strength than Q345 and costs 3x more. Q345 is better for heavy-load parts like bridge girders or truck frames.
  • スチールvs. 炭素繊維複合材料: 炭素繊維は軽いです (1.7 g/cm³) but costs 10x more and is brittle. Q345 is more practical for parts needing both strength and toughness, like mining crusher gears.
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