JIS G3106 SM400B 低碳钢：焊接结构用钢性能参数与工程应用
JIS G3106 SM400B 焊接结构用钢概述
JIS G3106 SM400B 是"SM"系列（Steel Marine/Structure）焊接结构用钢，"400" 表示最小抗拉强度 400 MPa，"B" 级要求 0°C 冲击功 ≥27 J。该系列专为焊接结构设计，碳当量低（≤0.36%），焊接性极佳，无需预热即可焊接。广泛用于船舶船体结构、桥梁钢结构、建筑钢结构、海洋平台、储罐、管道等焊接量大的工程领域。SM 系列比 E 系列对焊接性能要求更严，保证焊接热影响区韧性。
化学成分典型值（质量分数，%）
| 元素 | C | Si | Mn | P | S | 碳当量 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 典型范围 | ≤0.20 | ≤0.35 | ≤1.60 | ≤0.030 | ≤0.015 | ≤0.36% |
主要性能参数
一般物理性能
| 性能项目 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 密度 | 23.0 °C | 7.8 - 7.9 g/cm³ | 低碳钢典型值 |
力学性能
| 性能项目 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 弹性模量 | 23.0 °C | 200 - 215 GPa | 低碳钢典型值 |
| 断后伸长率 A5 | 23.0 °C | 18 - 24 % | |
| 冲击韧性 Charpy V 型缺口 | 0.0 °C | ≥27 kJ/m² | B 级要求：0°C 冲击 |
| 泊松比 | 23.0 °C | 0.29 | 低碳钢典型值 |
| 剪切模量 | 23.0 °C | 82 GPa | 低碳钢典型值 |
| 抗拉强度 | 23.0 °C | 400 - 510 MPa | 标准规定 400-510 MPa |
| 屈服强度 | 23.0 °C | 195 - 245 MPa | 标准规定 ≥245 MPa（厚度≤16mm） |
热学性能
| 性能项目 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 线膨胀系数 | 23.0 °C | 1.32E-5 - 1.38E-5 1/K | 低碳钢典型值 |
| 最高使用温度 | - | 500 °C | 碳钢典型值 |
| 熔点 | - | 1480 - 1526 °C | 低碳钢典型值 |
| 比热容 | 23.0 °C | 465 J/(kg·K) | 低碳钢典型值 |
| 热导率 | 23.0 °C | 25 - 93 W/(m·K) | 低碳钢典型值 |
电学性能
| 性能项目 | 温度 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 电阻率 | 23.0 °C | 1.43E-7 - 1.74E-7 Ω·m | 碳钢典型值 |
磁学性能
| 性能项目 | 数值 | 备注 |
|---|---|---|
| 居里温度 | 770 °C | 低碳钢典型值 |
JIS G3106 SM 系列全谱系
| 牌号 | 最小抗拉强度 (MPa) | 屈服强度 (MPa, ≤16mm) | 伸长率 A5 (%) | 冲击温度 (°C) | 碳当量上限 |
|---|---|---|---|---|---|
| SM400A | 400 | 245 | 18-24 | 无要求 | 0.36% |
| SM400B | 400 | 245 | 18-24 | 0°C | 0.36% |
| SM400C | 400 | 245 | 18-24 | -20°C | 0.36% |
| SM490A | 490 | 325 | 17-23 | 无要求 | 0.44% |
| SM490B | 490 | 325 | 17-23 | 0°C | 0.44% |
| SM490C | 490 | 325 | 17-23 | -20°C | 0.44% |
| SM490YA | 490 | 365 | 15-21 | 无要求 | 0.44% |
| SM490YB | 490 | 365 | 15-21 | 0°C | 0.44% |
| SM520B | 520 | 365 | 15-21 | 0°C | 0.48% |
| SM520C | 520 | 365 | 15-21 | -20°C | 0.48% |
| SM570 | 570 | 460 | 14-20 | -20°C | 0.52% |
SM400B 与 SNR400B / SN400B 对比
| 项目 | SM400B | SNR400B | SN400B |
|---|---|---|---|
| 标准归属 | JIS G3106 | JIS G3138 | JIS G3136 |
| 定位 | 通用焊接结构 | 建筑结构专用 | 新型结构钢 |
| 屈服强度 (≤16mm) | ≥245 MPa | ≥215 MPa | ≥235 MPa |
| 抗拉强度 | 400-510 MPa | 400-510 MPa | 400-510 MPa |
| 碳当量上限 | 0.36% | 0.36% | 0.36% |
| 焊接性要求 | 最高（HAZ 韧性） | 高（Z向性能） | 高（细晶粒） |
| 厚度方向性能 | 可选 | 标配 Z15+ | 可选 |
| 主要用途 | 船舶、桥梁、一般结构 | 建筑主体结构 | 桥梁、建筑、通用 |
船舶与海洋结构应用要点
船级社认可
- 日本海事协会 (NK) ：KRA, KRB, KRD, KRE 对应 SM400A/B/C/D
- 中国船级社 (CCS) ：Gr.A, Gr.B, Gr.D, Gr.E 对应
- 美国船级社 (ABS) ：Gr.A, Gr.B, Gr.D, Gr.E
- 挪威船级社 (DNV) ：NV A, NV B, NV D, NV E
- 英国劳氏 (LR) ：Gr.A, Gr.B, Gr.D, Gr.E
船体结构典型用钢分区
| 船体区域 | 推荐牌号 | 厚度范围 | 理由 |
|---|---|---|---|
| 甲板板、侧壳板（中部） | SM400B/C | 8-30mm | 主甲板抗拉、侧壳耐波浪 |
| 龙骨、肋骨、龙骨板 | SM400B/C | 10-40mm | 纵向强度成员 |
| 艏柱、艉柱、过境 | SM400C/D | 20-50mm | 应力集中、低温韧性 |
| 舱壁、深舱双底 | SM400B | 6-20mm | 横向强度、防火分区 |
| 上层建筑、甲板室 | SM400A/B | 5-12mm | 非主强度结构 |
焊接工艺优势
- 无预热焊接：碳当量 ≤0.36%，板厚 ≤50mm 无需预热
- 全位置焊接：药芯焊丝 (E71T-1C) 全位置高效焊接
- 热输入宽容：0.5-3.5 kJ/mm 宽范围适用
- 焊缝韧性匹配：焊金属 -20°C 冲击 ≥47 J 易满足
- 低氢焊材：E4318/E4918 焊条，YGW11/YGW12 焊丝
对标牌号
| 标准体系 | 对应牌号 | 备注 |
|---|---|---|
| EN 10025-2 | S235JR / S275JR | S275JR 屈服275MPa更接近 |
| GB/T 700 | Q235B | 国标通用结构钢 |
| GB/T 712 | A/B/D/E 级船体结构钢 | B 级对应 SM400B |
| ASTM A36 | A36 | 美标结构钢 |
| ASTM A131 | Grade B | 美标船体结构钢 |
| API 2H | Grade 42 / 50 | 海洋平台结构钢 |
选用指南
- 一般焊接结构、船舶非关键舱段、建筑二次结构 → SM400A
- 重要焊接结构、船舶主体、桥梁、建筑主结构 → SM400B
- 寒冷地区、低温服役、关键节点 → SM400C
- 需高强度减重 → SM490B/C/YB
- 海洋平台关键节点、超高层核心筒 → SM520C/SM570
- 厚板焊接、层状撕裂风险区 → 订货指定 Z 向性能 (Z15/Z25/Z35)
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