工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼培訓(xùn)課件.ppt

Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 主要內(nèi)容 第一節(jié)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 第二節(jié)微合金化鋼 第三節(jié)低碳貝氏體型鋼針狀鐵素體型鋼鐵素體 馬氏體雙相鋼 第四節(jié)新一代鋼鐵材料 重點(diǎn)與難點(diǎn) 工程結(jié)構(gòu)件用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn) 耐大氣腐蝕性及微量合金元素的作用 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 教學(xué)要求 基本要求 了解工程結(jié)構(gòu)件用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn) 耐大氣腐蝕性及加工工藝性能 熟悉常用碳素構(gòu)件用鋼和低合金構(gòu)件用鋼 一 應(yīng)用背景工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼是在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 主要用于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu) 如橋梁 船舶 屋架 鍋爐及壓力容器等 的鋼材 2 0引言 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 二 工程構(gòu)件的服役特點(diǎn)不作相對(duì)運(yùn)動(dòng) 長(zhǎng)期承受靜載荷作用 有一定的使用溫度和環(huán)境要求 如寒冷的北方 構(gòu)件在承載的同時(shí) 還要長(zhǎng)期經(jīng)受低溫的作用 橋梁或船舶則長(zhǎng)期經(jīng)受大氣或海水的浸蝕 電站鍋爐構(gòu)件的使用溫度則可達(dá)到250 以上 2 0引言 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 三 力學(xué)性能要求一是彈性模量大 以保證構(gòu)件有更好的剛度 二是有足夠的抗塑性變形及抗破斷的能力 即 s和 b較高 而 和 較好 三是缺口敏感性及冷脆傾向性較小等 四是要求具有一定的耐大氣腐蝕及海水腐蝕性能 2 0引言 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 四 工藝性能要求良好的冷變形性能 良好的焊接性能 2 0引言 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 力學(xué)性能為輔 工藝性能為主 五 成分設(shè)計(jì)要求低碳 wC 0 25 加入適量的合金元素提高強(qiáng)度 1 當(dāng)合金元素含量較低時(shí) 如低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和微合金化鋼 其基體組織是大量的鐵素體和少量的珠光體 2 當(dāng)合金元素中含量較多時(shí) 基體組織可變?yōu)樨愂象w 針狀鐵素體或馬氏體組織 2 0引言 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 六 供貨狀態(tài)大部分構(gòu)件通常是在熱軋空冷 正火 狀態(tài)下使用 有時(shí)也在回火狀態(tài)下使用 2 0引言 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 鞍鋼1700精軋機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)圖 2 1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 一 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼也稱(chēng)為普通低合金鋼 簡(jiǎn)稱(chēng)普低鋼 這類(lèi)鋼是為了適應(yīng)大型工程結(jié)構(gòu) 如大型橋梁 大型壓力容器及大型船舶等 減輕結(jié)構(gòu)重量 提高使用的可靠性及節(jié)約鋼材的需要而發(fā)展起來(lái)的 2 0引言 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 二 普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分特點(diǎn) 1 低碳 這類(lèi)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于0 2 主要是為了獲得較好的塑性 韌性 焊接性能 2 主加合金元素主要是Mn 很少加Cr和Ni 是經(jīng)濟(jì)性能較好的鋼種 2 1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 Mn能細(xì)化珠光體和鐵素體晶粒 Mn的含量在1 1 5 范圍內(nèi)可促進(jìn)鐵素體在形變時(shí)發(fā)生交滑移 使 112 111 滑移系在低溫下仍其作用 同時(shí) 錳還使三次滲碳體難于在鐵素體晶界析出 減少了晶界的裂紋源 這也將改善鋼的沖擊韌性 Mn的加入還可使Fe Fe3C相圖中的S點(diǎn)左移 使基體中珠光體數(shù)量增多 致使強(qiáng)度不斷提高 2 1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 3 輔加合金元素Al V Ti Nb等 既可產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用 還可細(xì)化晶粒 從而使強(qiáng)韌性得以改善 4 加入一定量的Cu和P 改善這類(lèi)鋼的耐大氣腐蝕性能 Cu元素沉積在鋼的表面 具有正電位 成為附加陰極 使鋼在很小的陽(yáng)極電流下達(dá)到鈍化狀態(tài) P在鋼中可以起固溶強(qiáng)化的作用 也可以提高耐蝕性能 Ni和Cr都能促進(jìn)鋼的鈍化 減少電化學(xué)腐蝕 加入微量的稀土金屬也有良好的效果 2 1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 5 加入微量稀土元素可以脫硫去氣 凈化鋼材 并改善夾雜物的形態(tài)與分布 從而改善鋼的力學(xué)性能和工藝性能 2 1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 總之 普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼合金化的思路是 低碳 以Mn為基礎(chǔ) 適當(dāng)加入Al V Ti Nb Cu P及稀土等合金元素 我國(guó)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)是按屈服強(qiáng)度的高低來(lái)分類(lèi)的 共5個(gè)級(jí)別 21個(gè)鋼種 我國(guó)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分 力學(xué)性能和特性及用途分別如表2 1 表2 3所示 2 1低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 一 微合金化鋼是70年代在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一大類(lèi)高強(qiáng)度低合金鋼 其化學(xué)成分特點(diǎn)是加入適量的微合金化合金元素 如鈦 鈮 釩等 其工藝特點(diǎn)是運(yùn)用控制軋制和控制冷卻生產(chǎn)工藝 通過(guò)化學(xué)成分和制備工藝的最佳配合達(dá)到了鐵素體型鋼的最佳強(qiáng)化效果 即細(xì)化晶粒強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的最佳組合 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 二 微量合金元素鈦 鈮 釩等的作用1 抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶在熱加工過(guò)程中 通過(guò)固溶 偏聚在奧氏體晶界 應(yīng)變誘導(dǎo)析出氮化物 阻止了奧氏體再結(jié)晶的晶界和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 從而抑制再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 圖2 1Nb V和Ti對(duì)再結(jié)晶臨界溫度的影響 強(qiáng) 弱 延緩?qiáng)W氏體再結(jié)晶能力 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 2微合金化鋼 2 阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大通過(guò)加入鈦和鈮形成TiN或Nb C N 它們?cè)诟邷叵路浅７€(wěn)定 其彌散分布對(duì)控制高溫下的晶粒長(zhǎng)大有強(qiáng)烈的抑制作用 微量鈮 w 0 06 形成的Nb C N 阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大作用可達(dá)1150 微量鈦 w 0 02 以TiN從高溫固態(tài)鋼中析出 呈彌散分布 對(duì)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大很有效 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 圖2 2Nb V和Ti對(duì)正火態(tài)低合金鋼晶粒度的影響 細(xì)化晶粒的作用 強(qiáng) 弱 3 形成沉淀相促進(jìn)沉淀強(qiáng)化作用鈦和鈮的碳化物和氮化物有足夠低的固溶度和高的穩(wěn)定性 釩只有在氮化物中才這樣 一般微合金化鋼中的沉淀強(qiáng)化相主要是低溫下析出的Nb C N 和VC 當(dāng)w Nb 0 04 時(shí) 其細(xì)化晶粒對(duì)屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于沉淀強(qiáng)化的作用 當(dāng)w Nb 0 04 時(shí) 其沉淀強(qiáng)化作用對(duì)屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于細(xì)化晶粒的作用 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金化元素釩的沉淀強(qiáng)化對(duì)屈服強(qiáng)度的作用最大 而鈦的作用處于鈮和釩之間 圖2 3微合金元素對(duì)鋼屈服強(qiáng)度的影響 G 細(xì)化晶粒強(qiáng)化的貢獻(xiàn) ph 沉淀強(qiáng)化的貢獻(xiàn) Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 2微合金化鋼 4 改善鋼的顯微組織鈦 釩 鈮等合金碳化物和氮化物隨奧氏體化溫度的升高有一定的溶解量 溶于奧氏體的微合金化元素提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性 降低了發(fā)生先共析鐵素體和珠光體的溫度范圍 低溫下形成的先共析鐵素體和珠光體組織更細(xì)小 并使相間沉淀Nb C N 和V C N 的粒子更細(xì)小 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 三 控制軋制與控制冷卻鋼材的熱軋工藝 如鋼坯的加熱溫度 保溫時(shí)間 開(kāi)軋溫度 軋制道次和道次變形量 終軋溫度以及軋后冷卻等參數(shù) 對(duì)鋼材的力學(xué)性能有重要影響 由于在普低鋼中加入微量的Nb V等合金元素可以產(chǎn)生顯著的沉淀強(qiáng)化效應(yīng) 但同時(shí)也使鋼的冷脆性?xún)A向增大 所以要生產(chǎn)強(qiáng)韌性鋼還必須采取相應(yīng)的韌化措施 即采用控制軋制和控制冷卻工藝來(lái)細(xì)化鐵素體晶粒 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 1 控制軋制是將加入微合金化元素的普低鋼加熱到高溫 1250 1350 進(jìn)行軋制 但必須將終軋溫度控制在Ar3附近 控制軋制本質(zhì)上是形變熱處理的一種派生形式 其主要目的是細(xì)化晶粒組織 從而提高熱軋鋼的強(qiáng)韌性 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 在高于1200 時(shí) 一方面 鋼中的鈮 鈦的碳氮化物部分溶解于奧氏體 以便在隨后的軋制過(guò)程中析出 起抑制再結(jié)晶和控制奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用 在軋制完畢的冷卻過(guò)程中 又有部分彌散的碳化物析出起沉淀強(qiáng)化作用 另一方面 未溶的鈮 鈦的碳氮化物起阻止鋼坯的奧氏體晶粒過(guò)渡長(zhǎng)大的作用 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 控制軋制通常由三個(gè)階段組成 第一階段是高溫下的再結(jié)晶區(qū)變形 第二階段是在緊靠Ar3以上的低溫?zé)o再結(jié)晶區(qū)變形 第三階段是在奧氏體 鐵素體兩相區(qū)變形 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 圖2 6控制軋制三個(gè)階段及每個(gè)階段變形時(shí)顯微組織的變化示意圖 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 2微合金化鋼 常規(guī)熱軋和控制軋制之間的差別在于常規(guī)熱軋的鐵素體形核只在A晶界上形成 控制軋制的奧氏體晶粒被形變帶劃分為幾個(gè)部分 使得鐵素體形核不僅發(fā)生在奧氏體晶界上 而且還在奧氏體的晶內(nèi) 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 若將一般熱軋與控制軋制比較 可以發(fā)現(xiàn)它們與正火與淬火之間的關(guān)系 相似 在控制軋制和淬火鋼中 奧氏體晶粒被分割為幾部分 從而形成非常細(xì)小的晶粒組織 區(qū)別 控制軋制和淬火分割?yuàn)W氏體晶粒的區(qū)別在于 控制軋制是依靠變形帶 淬火是依靠馬氏體相變 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 控制軋制通常有兩種工藝 傳統(tǒng)的控制軋制 即當(dāng)控制軋制是在低于再結(jié)晶終止溫度時(shí)變形 此時(shí)已變形的奧氏體或發(fā)生再結(jié)晶但晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大 或者僅達(dá)到回復(fù)狀態(tài)未發(fā)生再結(jié)晶 奧氏體在形變道次時(shí)間終了時(shí) 實(shí)際上仍保持加工狀態(tài)的薄餅形晶粒 隨后通過(guò)控制冷卻使得鐵素體在奧氏體晶界和晶內(nèi)滑移帶上多處形核得到極細(xì)小的鐵素體晶粒 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金化元素的作用是為了在熱加工時(shí)應(yīng)變誘導(dǎo)析出 阻礙奧氏體再結(jié)晶 升高奧氏體的再結(jié)晶溫度 只有Nb C N 是最理想的應(yīng)變誘導(dǎo)析出相 TiN由于沉淀溫度太高 不能成為應(yīng)變誘導(dǎo)析出相 而VN和VC沉淀的溫度太低 不能用來(lái)抑制奧氏體再結(jié)晶 只能用作沉淀強(qiáng)化相 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 傳統(tǒng)的控制軋制工藝的缺點(diǎn)是終軋溫度較低 一般要低于900 此時(shí)鋼的強(qiáng)度因溫度降低而升高 軋制時(shí)變形抗力增大 必須有高功率的強(qiáng)力軋機(jī)才能實(shí)現(xiàn)這種工藝 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 再結(jié)晶控制軋制 即當(dāng)控制軋制是在高于再結(jié)晶終止溫度時(shí)變形 此時(shí)奧氏體要發(fā)生再結(jié)晶 因此必須抑制熱變形后再結(jié)晶奧氏體的粗化和避免應(yīng)變誘導(dǎo)析出 微合金化元素的作用加入鈦使鋼在液凝后的冷卻過(guò)程中析出穩(wěn)定彌散的TiN質(zhì)點(diǎn) 可抑制經(jīng)反復(fù)形變?cè)俳Y(jié)晶細(xì)化的奧氏體晶粒長(zhǎng)大 當(dāng)反復(fù)多道次形變和再結(jié)晶后 奧氏體晶粒得到細(xì)化 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 由于終軋溫度高 高于950 形變不能誘導(dǎo)V C N 相產(chǎn)生 所以不能阻礙奧氏體再結(jié)晶 加入微合金化元素釩只作為低溫析出的沉淀強(qiáng)化相 由此發(fā)展了高于再結(jié)晶溫度控軋的V Ti N鋼 這種鋼可以通過(guò)控制軋制得到極細(xì)小的鐵素體晶粒和珠光體團(tuán) 再結(jié)晶控制軋制工藝的優(yōu)點(diǎn)是特別適合在不能進(jìn)行低溫軋制的低功率軋機(jī)上實(shí)施 或者在鍛造時(shí)使用 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 控制冷卻工藝對(duì)獲得細(xì)小的鐵素體晶粒和沉淀強(qiáng)化相極為重要 對(duì)于截面較厚的鋼材 冷卻速度過(guò)慢時(shí) 對(duì)于截面較厚的鋼材 析出的先共析鐵素體將長(zhǎng)大 珠光體團(tuán)和片層也粗化 這就降低了鋼的強(qiáng)度和韌性 對(duì)于微合金化鋼 冷卻速度過(guò)慢時(shí) 發(fā)生相間沉淀的溫度較高 沉淀相過(guò)于粗大 減弱了沉淀強(qiáng)化效應(yīng) 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 根據(jù)鋼材截面的厚度不同 控制冷卻可以采用強(qiáng)制風(fēng)冷 噴霧 噴水等措施來(lái)控制冷卻速度 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 冷卻速度過(guò)快時(shí) 鋼的塑性和韌性又較差 所以 在連軋鋼板生產(chǎn)過(guò)程中 控制鋼板的卷取溫度也很重要 卷取溫度一般控制在600 650 使鋼板在600 以下冷卻速度減慢 以便改善鋼材的塑性和韌性 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 控制軋制和控制冷卻的主要工藝參數(shù) 選擇合適的加熱溫度 以獲得細(xì)小而均勻的奧氏體晶粒 選擇適當(dāng)?shù)能堉频来魏兔康赖膲很埩?通過(guò)回復(fù)再結(jié)晶獲得細(xì)小的晶粒 選擇合適的在再結(jié)晶區(qū)和無(wú)再結(jié)晶區(qū)停留時(shí)間和溫度 以使再結(jié)晶的晶粒內(nèi)產(chǎn)生形變回復(fù)的多邊化亞結(jié)構(gòu) 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 在鐵素體 奧氏體兩相區(qū)選擇適宜的總壓下量和軋制溫度 控制冷卻速度 2 2微合金化鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 經(jīng)控制冷卻后的優(yōu)質(zhì)中板 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 背景具有鐵素體 珠光體組織的低合金鋼和微合金化鋼的屈服強(qiáng)度的極限約為460MPa 若要求更高強(qiáng)度和韌性的配合 就需要考慮選擇其它類(lèi)型組織的低合金鋼 如采用相變強(qiáng)化的方法 因而發(fā)展了低碳貝氏體型 低碳索氏體型及低碳馬氏體型鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 主要是適當(dāng)降低鋼的含碳量以改善韌性 由此造成的強(qiáng)度損失可由加入合金元素通過(guò)控制軋制和控制冷卻后形成低碳貝氏體或馬氏體的相變強(qiáng)化的方法得到補(bǔ)償 配合加入微合金化元素 如鈮以細(xì)化晶粒并進(jìn)一步提高韌性 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 一 低碳貝氏體型鋼貝氏體鋼的發(fā)展過(guò)程20世紀(jì)20年代 Robertson首先發(fā)現(xiàn)鋼的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 隨后Devenport和Bain等人對(duì)這種組織進(jìn)行了大量細(xì)致的研究 直到1934年 貝氏體 術(shù)語(yǔ)的提出 貝氏體結(jié)構(gòu)及其相變機(jī)制一直是人們研究的重點(diǎn) 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 由于貝氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍界于珠光體與馬氏體之間 相應(yīng)地貝氏體組織兼?zhèn)淞烁邷剞D(zhuǎn)變產(chǎn)物的塑韌性和低溫轉(zhuǎn)變的強(qiáng)度 具有良好的強(qiáng)韌性配合 從而引起人們的極大關(guān)注 但早期的貝氏體鋼一般是通過(guò)等溫淬火工藝獲得 由于工藝復(fù)雜使其大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用受到限制 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 20世紀(jì)50年代末期 英國(guó)的Irvine和Pickering等人率先發(fā)明了具有高的貝氏體淬透性Mo B系貝氏體鋼 通過(guò)Mo W B等元素的加入使一定尺寸的工件在空冷條件下即可得到以貝氏體為主的組織 從而實(shí)現(xiàn)了貝氏體鋼生產(chǎn)的工藝變革 盡管Mo的價(jià)格較高 而且為了降低貝氏體轉(zhuǎn)變起始溫度 BS 改善強(qiáng)韌性 還須添加其他合金元素復(fù)合金化 致使鋼的成本進(jìn)一步增加 但是Mo B系貝氏體鋼還是得到了一定的發(fā)展 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 20世紀(jì)70年代 方鴻生教授等人的研究發(fā)現(xiàn) Mn在一定含量時(shí) 使鋼的C曲線形狀發(fā)生變化 Mn在過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變中具有特殊的再分配規(guī)律 對(duì)Mn B鋼中Mn富集因子的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在600 左右的溫度區(qū)間內(nèi) Mn在 和 兩相中的濃度無(wú)明顯區(qū)別 而在 界界面富集程度很大 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Mn在相界面的濃度峰勢(shì)必對(duì)界面遷移產(chǎn)生釘扎作用即溶質(zhì)拖曳作用 使鐵素體生長(zhǎng)顯著推遲 此外 Mn在相界面的富集也降低了相界附近奧氏體基體內(nèi)碳的活度及活度梯度 導(dǎo)致碳在奧氏體中擴(kuò)散速度降低 此即所謂溶質(zhì)類(lèi)拖曳作用 進(jìn)一步抑制了鐵素體生長(zhǎng) Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 由于溶質(zhì)拖曳和類(lèi)拖曳作用 導(dǎo)致該合金的 轉(zhuǎn)變曲線在600 左右出現(xiàn) 河灣 形狀 此拖曳作用還顯著降低貝氏體相變驅(qū)動(dòng)力及貝氏體相變溫度 細(xì)化貝氏體尺寸 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 低碳貝氏體型鋼的組織和成分低碳貝氏體鋼在軋制或正火后控制冷卻 直接得到低碳貝氏體組織 與相同碳含量的鐵素體 珠光體組織鋼相比具有更高的強(qiáng)度和良好的韌性 利用貝氏體相變強(qiáng)化 鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)到490MPa 780MPa 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 低碳貝氏體鋼的化學(xué)成分 w C 0 10 0 20 w Mo 0 30 0 60 w Mn 0 60 1 60 w B 0 001 0 005 w V 0 04 0 10 w Nb 或w Ti 0 010 0 06 并經(jīng)常加w Cr 0 4 0 7 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 低碳貝氏體型鋼中的合金化 主加合金元素鉬和硼是能顯著推遲先共析鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變 而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較少 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 圖2 7低碳鉬鋼和鉬硼鋼的過(guò)冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變開(kāi)始曲線 再加入錳 鉻 鎳等元素 進(jìn)一步推遲先共析鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變 并使BS點(diǎn)下降 以獲得下貝氏體組織 通過(guò)微合金化 充分發(fā)揮鈮 鈦 釩的細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的作用 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 典型的低碳貝氏體型鋼 14MnMoV和14MnMoVBRE鋼是我國(guó)發(fā)展的典型的低碳貝氏體型鋼 其屈服強(qiáng)度為490MPa級(jí) 主要用于制造容器的板材和其它鋼結(jié)構(gòu) 板厚小于14mm時(shí) 在熱軋態(tài)即可得到貝氏體 板厚大于14mm時(shí) 需要正火處理 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 為了提高鋼的室溫和低溫韌性 改善焊接性 發(fā)展了超低碳貝氏體鋼 鋼的含碳量降低到w C 0 02 并加入w Ti 0 01 使之成為Mn Mo Nb Ti B超低碳貝氏體型鋼 通過(guò)控制軋制和控制冷卻可以得到高位錯(cuò)密度的細(xì)小貝氏體組織 這種鋼可在0 以下溫度條件下服役 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 方鴻生教授等人研究的Mn系及Mn B系貝氏體鋼 突破了為獲空冷貝氏體必須加昂貴Mo W的傳統(tǒng)成分設(shè)計(jì)思路 Mn原料的價(jià)格約為Mo的1 50 高的貝氏體空冷淬透性和較低的貝氏體轉(zhuǎn)變起始溫度 Bs 有利于大件實(shí)現(xiàn)空冷自硬 且具備足夠的韌性 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 無(wú)需添加多量合金元素進(jìn)行復(fù)合金化 成分簡(jiǎn)單 成本低 摒棄了Mo B系貝氏體鋼限于低碳為主的傳統(tǒng) 設(shè)計(jì)出不同性能 用途的中高碳 中碳Mn系貝氏體體鋼系列鋼種 該鋼免除了淬火或淬回火工序 降低了淬火過(guò)程中產(chǎn)生的變形 開(kāi)裂 氧化和脫碳傾向 有效地縮短了工藝流程并節(jié)省能源 因此近年來(lái)已在我國(guó)多個(gè)產(chǎn)品中得到應(yīng)用 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 二 針狀鐵素體型鋼針狀鐵素體鋼是鋼材在控制軋制后空冷過(guò)程中通過(guò)切變和擴(kuò)散相變形成由位錯(cuò)列陣和位錯(cuò)胞組成的非等軸鐵素體鋼 相變開(kāi)始發(fā)生在較上貝氏體為高的溫度范圍里 反映在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖上 貝氏體區(qū)被鐵素體區(qū)所掩蓋 這類(lèi)鋼的顯微組織是低碳或超低碳的針狀鐵素體 與低碳貝氏體很相似 但由于含C量極低 故鐵素體板條的相界上不存在碳化物 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 針狀鐵素體型鋼的合金化低碳是為了Nb的碳化物沉淀 含C量一般不低于0 06 高于這一水平 C的偏析將引起韌性的下降 這是由于高碳區(qū)往往成為斷裂的微孔形核核心 Mn的含量根據(jù)鋼板厚度和要求的強(qiáng)度水平?jīng)Q定 一般在1 4 2 2 之間 Mn推遲鐵素體 珠光體相變 降低BS點(diǎn) 使細(xì)晶粒的針狀鐵素體在450 以下形成 Mn也是固溶強(qiáng)化的元素 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 Mo的含量也根據(jù)鋼板厚度確定在0 15 0 6 之間 Mo能有效地推遲鐵素體而不影響貝氏體相變 Mo與Mn聯(lián)合使用還有利于得到細(xì)晶粒的針狀鐵素體而不是粗大的多邊形鐵素體 當(dāng)Mo被Cu Ni Cr代替時(shí) 通過(guò)控制軋制 也可以得到針狀鐵素體 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 Nb的含量一般在0 04 0 06 之間 通過(guò)沉淀相Nb C N 的析出能有效地產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化 并且在奧氏體熱軋時(shí) 沉淀相Nb C N 也可以細(xì)化晶粒 顯微組織和性能特點(diǎn)細(xì)晶粒的多邊化鐵素體 30 以上的針狀鐵素體片 高度彌散的滲碳體質(zhì)點(diǎn) 少量島狀的馬氏體 奧氏體塊和細(xì)而彌散的Nb C N 質(zhì)點(diǎn) 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 這類(lèi)鋼由于缺乏足夠的C去鎖住位錯(cuò) 因而未鎖住的部分可以導(dǎo)致位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而不能突然引發(fā)屈服點(diǎn)的自由位錯(cuò)的產(chǎn)生 從而顯示出連續(xù)的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 這種力學(xué)行為與鐵素體 珠光體鋼相比 在許多場(chǎng)合是十分有利的 比如在管線建設(shè)中 軋材可以精確地就位成形 這類(lèi)鋼的屈服強(qiáng)度一般大于470MPa 伸長(zhǎng)率大于20 室溫沖擊值大于80J 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 X70級(jí)管線鋼拉伸試驗(yàn)曲線 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 典型針狀鐵素體型鋼鋼種針狀鐵素體型鋼的典型鋼種為Mn Mo Nb鋼 其化學(xué)成分范圍為w C 0 10 w Mn 1 6 2 0 w Mo 0 2 0 6 w Nb 0 04 0 06 有時(shí)還加w V 0 06 w Ti 0 01 這類(lèi)鋼通常用堿性氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉 用鋁脫氧 并且S含量很低 大約為0 05 左右 或者用稀土處理 控制硫化物的形態(tài) 提高橫向沖擊性能 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 這類(lèi)鋼和低碳貝氏體型鋼一樣 不僅具有良好的低溫韌性 而且還具有良好的焊接性能 已成功地應(yīng)用于制造寒帶輸送石油和天然氣的管線 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 西氣東輸工程 三 鐵素體 馬氏體雙相鋼背景由于傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)度鋼對(duì)汽車(chē)壓力加工件來(lái)說(shuō) 沒(méi)有具備足夠的冷成形性 因而需要改善其強(qiáng)度 成形性的綜合性能以滿(mǎn)足汽車(chē)沖壓成型件的要求 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 顯微組織特點(diǎn)把傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)度的顯微組織 即鐵素體加珠光體改成鐵素體加馬氏體 實(shí)際上還包含少量奧氏體 的雙相組織 其顯微組織特征是20 左右的馬氏體呈小島狀或纖維狀分布在80 左右的鐵素體基體上 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 一方面使鋼中的碳在奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變析出先共析鐵素體時(shí)集中在奧氏體中 當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體 含碳量偏高 時(shí) 將引起體積和形狀變化 并且鐵素體相中的間隙碳原子相對(duì)較為貧化 另一方面 在一定冷卻條件或應(yīng)變誘發(fā)下的馬氏體相變將在馬氏體區(qū)域產(chǎn)生殘余應(yīng)力 在鐵素體中激發(fā)出高密度的可動(dòng)位錯(cuò) 由于鐵素體中的碳 氮量極低 位錯(cuò)不易被釘扎 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 性能特點(diǎn)具有較低的屈服強(qiáng)度 且是連續(xù)屈服 同時(shí)在屈服發(fā)生以后 鐵素體中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)互相纏結(jié) 因而繼續(xù)塑性變形所需應(yīng)力迅速增加 表現(xiàn)為高的應(yīng)變硬化速率 此外加之有強(qiáng)韌的馬氏體島或纖維和很細(xì)的鐵素體晶粒及結(jié)合牢固的馬氏體 鐵素體界面 使得塑性變形主要發(fā)生在鐵素體相中 所以表現(xiàn)為高的均勻伸長(zhǎng)率和高的強(qiáng)度 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 連續(xù)的應(yīng)力 應(yīng)變曲線 低的屈服應(yīng)力 高的應(yīng)變硬化速率和優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度與塑性配合 生產(chǎn)工藝及類(lèi)型由于雙相組織既可以通過(guò)亞臨界溫度范圍內(nèi)的退火獲得 也可以通過(guò)熱軋后的控制冷卻來(lái)獲得 因此生產(chǎn)上通常又把雙相鋼分為退火雙相鋼和熱軋雙相鋼 并且它們?cè)诤辖鸹弦灿忻黠@的區(qū)別 退火雙相鋼熱軋雙相鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 退火雙相鋼又稱(chēng)熱處理雙相鋼 將鋼加熱到亞臨界溫度范圍 即在A F兩相區(qū) 內(nèi) 形成20 左右的奧氏體 然后空冷或快冷即可得到鐵素體加馬氏體組織 當(dāng)鋼長(zhǎng)時(shí)間在A F兩相區(qū)內(nèi)退火時(shí) 鋼中的合金元素將在奧氏體和鐵素體之間重新分配 其中奧氏體形成元素碳 錳等將富集于奧氏體中 這樣就提高了奧氏體的穩(wěn)定性 從而抑制了珠光體的轉(zhuǎn)變 保證鋼中的奧氏體在空冷條件下得到馬氏體 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 熱軋雙相鋼在熱軋狀態(tài)下 通過(guò)控制轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)的冷卻 使鋼形成80 左右的鐵素體發(fā)生多邊化 C和其它合金元素在剩余的奧氏體島中富集 提高奧氏體的穩(wěn)定性 而避免形成珠光體和貝氏體 最后得到鐵素體加馬氏體的雙相組織 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 其典型的化學(xué)成分范圍是 w C 0 04 0 10 w Mn 0 8 1 8 w Si 0 9 1 5 w Mo 0 3 0 4 w Cr 0 4 0 6 以及微合金元素V等 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 四 低碳調(diào)質(zhì)鋼提高低合金高強(qiáng)度鋼的另一途徑 是采用低碳低合金鋼淬火獲得低碳馬氏體 然后進(jìn)行高溫回火 獲得低碳索氏體組織 從而得到良好的綜合機(jī)械性能和焊接性 這類(lèi)鋼一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下供貨 既有較高的強(qiáng)度 又有較好的韌性 塑性和焊接性 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 低碳調(diào)質(zhì)鋼的合金化設(shè)計(jì)原則與鐵素體 珠光體型熱軋和正火鋼不一樣 其強(qiáng)度主要不直接取決于合金元素的含量 而取決于含碳量 美國(guó)最具有代表性的這類(lèi)鋼是T 1鋼 該鋼淬火后獲得低碳的板條馬氏體組織 具有很好的強(qiáng)度與韌性 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 其合金化特點(diǎn)是 把C含量限制在0 12 以下 這樣可以保證優(yōu)良的焊接性與低溫韌性 為了保證最低限度的淬透性 復(fù)合地加入少量Mn Ni Cr Mo B等元素 少量的V提高了鋼的回火穩(wěn)定性 使焊接時(shí)的熱影響區(qū)變窄 加入少量的Cu是為了提高鋼的抗大氣腐蝕能力 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 T 1鋼是美國(guó)早期發(fā)展的一種含Cr Ni的低碳調(diào)質(zhì)鋼 主要用于壓力容器 橋梁 工程機(jī)械和塔式結(jié)構(gòu)等 日本的HT 80型的Welten80C類(lèi)似T 1鋼 但不含Ni和V 故抗應(yīng)力腐蝕能力高 在日本用來(lái)制造 30 的大型球形貯罐 我國(guó)GQ 702和GQ 705屬于這類(lèi)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 HY 80鋼是美國(guó) s 540 687MPa的調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼 低溫下有高的韌性與防爆性能 用于制造潛艇這類(lèi)的耐壓外殼 日本的NS 63 英國(guó)的Q1鋼和我國(guó)的GQ 604鋼類(lèi)似于此類(lèi)鋼 HY 130鋼是 s 883MPa的韌性?xún)?yōu)良的低碳調(diào)質(zhì)鋼 主要用于海洋和宇航等重要結(jié)構(gòu) 我國(guó)發(fā)展的 s 600 700MPa級(jí)的無(wú)Ni Cr低碳調(diào)質(zhì)鋼 如14MnMoVN和14MnMoNbB等 主要用于制造中溫高壓鍋爐及石油 化工作的中溫高壓容器等 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 209級(jí)潛艇是德國(guó)專(zhuān)為出口建造的 但正是該級(jí)潛艇為德國(guó)戰(zhàn)后潛艇樹(shù)立了赫赫豐碑 以其出色的性能創(chuàng)造了常規(guī)潛艇出口數(shù)量最多 使用國(guó)家最多的兩項(xiàng)世界紀(jì)錄 成為世界市場(chǎng)上的 名牌產(chǎn)品 209級(jí)潛艇根據(jù)不同國(guó)家的需要 有1100噸 1200噸 1300噸 1400噸和1500噸多種型號(hào) Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 典型的209級(jí)潛艇采用單殼體結(jié)構(gòu) 艇體為優(yōu)質(zhì)HY 80鋼 安全潛深可達(dá)300米 水下最大航速23節(jié) 主要武器是8具533mm魚(yú)雷發(fā)射管 攜帶魚(yú)雷14枚 部分型號(hào)還有發(fā)射 捕鯨叉 反艦導(dǎo)彈的能力 209級(jí)潛艇提高了集中控制和自動(dòng)化水平 可靠性高且維修工作量少 因而僅配備了30多名艇員 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 3低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼及鐵素體 馬氏體雙相鋼 所謂 新一代鋼鐵材料 就是使用現(xiàn)有的設(shè)備 或略加改造 用一種便宜的辦法 不是加入合金元素 增加成本的辦法 也不是大變形量 低溫扎制的辦法 在比較高的溫度下扎制鋼材 在扎制過(guò)程鋼材產(chǎn)生相變 形變誘導(dǎo)鐵素體相變 通過(guò)改變鋼材物理性能和顯微組織 得到超細(xì)顯微組織 提高鋼材的力學(xué)性能 也就是在性能價(jià)格比提高和經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)良的情況下 保持鋼材韌性和塑性的同時(shí) 把現(xiàn)在鋼材的強(qiáng)度提高一倍 使用壽命提高一倍 從而得到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 2 4新一代鋼鐵材料 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 背景鋼鐵是結(jié)構(gòu)材料的主體 迄今為止仍然是可加工性能最好 性能價(jià)格比最合理 生產(chǎn)規(guī)模最大 供給能力最強(qiáng)及循環(huán)利用性最佳的基礎(chǔ)原材料之一 可以說(shuō) 鋼鐵作為結(jié)構(gòu)材料的主導(dǎo)地位仍然是不可替代的 20世紀(jì)堪稱(chēng)是世界鋼鐵業(yè)大發(fā)展的世紀(jì) 全球鋼產(chǎn)量從20世紀(jì)初的2850萬(wàn)噸猛增到2000年的8 43億噸 增長(zhǎng)了近29倍 在此期間 鋼鐵業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速 新工藝 新技術(shù) 新品種和新裝備大量涌現(xiàn) 2 4新一代鋼鐵材料 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 近年來(lái) 世界鋼鐵業(yè)的形勢(shì)發(fā)生了新變化 受西方經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的影響 全球鋼材需求日趨強(qiáng)勁 2003年 世界鋼產(chǎn)量達(dá)到了9 63億噸 其中約80 的新增產(chǎn)量來(lái)自亞洲 其中大部分來(lái)自我國(guó) 我國(guó)鋼產(chǎn)量在由2001年的1 516億噸增至2003年的2 201億噸的同時(shí) 鋼材價(jià)格一路攀升 效益得到明顯改善 2003年 CRU國(guó)際鋼材價(jià)格指數(shù)達(dá)到106 8 創(chuàng)13年以來(lái)的新高 我國(guó)國(guó)內(nèi)鋼材市場(chǎng)價(jià)格指數(shù)也達(dá)到了104 5 創(chuàng)近年之最 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 4新一代鋼鐵材料 需求鋼鐵業(yè)的快速發(fā)展也引發(fā)了 資源 能源和環(huán)境 方面的問(wèn)題 鋼鐵業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日益升級(jí) 用戶(hù)要求也不斷提高 所有這些問(wèn)題給鋼鐵業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) 因此 依靠科技進(jìn)步不斷提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量 按照 節(jié)約 回收和再利用 的原則 開(kāi)發(fā)質(zhì)量更高 性能更好 壽命更長(zhǎng)和性能價(jià)格比更高的先進(jìn)鋼鐵結(jié)構(gòu)材料 比任何時(shí)候都顯得緊迫和必要 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 4新一代鋼鐵材料 進(jìn)入21世紀(jì) 輕量節(jié)能汽車(chē) 大跨度重載橋梁 深井采油管和大口徑輸油 氣 管 大型工程機(jī)械 大型高性能船舶 高層建筑等的升級(jí)換代 又對(duì)鋼鐵材料的性能和使用壽命提出了更高的要求 按照 節(jié)約 回收 再利用 原則 突破冶金資源和冶金環(huán)保這一新的制約矛盾 開(kāi)發(fā)性能更好 壽命更長(zhǎng) 性能價(jià)格比更高的先進(jìn)鋼鐵結(jié)構(gòu)材料勢(shì)在必行 2 4新一代鋼鐵材料 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 我國(guó)當(dāng)前冶金行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)應(yīng)從以工藝結(jié)構(gòu)調(diào)整為主轉(zhuǎn)到以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整為主 在鋼鐵總量增加 高需求基本建設(shè)用長(zhǎng)型材增加時(shí) 板帶比和板管比應(yīng)相應(yīng)地增長(zhǎng) 社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)鋼材都有了更高的要求 這也是我國(guó)工業(yè)化走向逐步成熟的標(biāo)志 重視制造執(zhí)行系統(tǒng) MES 的建設(shè) 迅速推進(jìn)鋼鐵業(yè)的信息化建設(shè)和管理技術(shù)的發(fā)展 從而使我國(guó)能早日實(shí)現(xiàn)從 鋼鐵大國(guó) 向 鋼鐵強(qiáng)國(guó) 的跨越 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 4新一代鋼鐵材料 日本于1997年提出了STX 21 Ultra Steel 超級(jí)鋼 研究計(jì)劃 分兩個(gè)5年實(shí)施 第一個(gè)5年他們就投入了10億美金 目標(biāo)是10年內(nèi)開(kāi)發(fā)出強(qiáng)度相當(dāng)于現(xiàn)有鋼鐵材料兩倍的超級(jí)鋼 用于道路 橋梁 高層建筑等基礎(chǔ)設(shè)施建材的更新?lián)Q代 主要研究開(kāi)發(fā)800MPa級(jí)易焊接的鐵素體 珠光體型低合金鋼 耐延遲破壞和疲勞破壞的1500MPa級(jí)超高強(qiáng)度鋼 超臨界壓力發(fā)電設(shè)備用鐵素體耐熱鋼和海濱地區(qū)用合金結(jié)構(gòu)鋼及高氮不銹鋼等 2 4新一代鋼鐵材料 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 1998年韓國(guó)啟動(dòng)了一個(gè)歷時(shí)10年的 21世紀(jì)高性能結(jié)構(gòu)鋼 計(jì)劃 具體分兩個(gè)5年來(lái)進(jìn)行的 頭5年就投入了3000萬(wàn)美金 研究600MPa級(jí)耐候鋼 800MPa低合金結(jié)構(gòu)鋼和1300 1500MPa級(jí)合金結(jié)構(gòu)鋼 螺栓鋼 2001年歐盟啟動(dòng)了有意大利 英國(guó) 德國(guó)和比利時(shí)等國(guó)參與的 超細(xì)晶粒鋼開(kāi)發(fā) 計(jì)劃 2002年美國(guó)在鋼鐵研究指南中公布了兩個(gè)超級(jí)鋼開(kāi)發(fā)項(xiàng)目 2 4新一代鋼鐵材料 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 我國(guó)于1998年在國(guó)家重大基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃中啟動(dòng)了 新一代鋼鐵材料 重大基礎(chǔ)研究的 973項(xiàng)目 在具體的研究課題上 和日本 韓國(guó)略有差別 考慮到我國(guó)的基本國(guó)情 尚處于工業(yè)化 城市化的建設(shè)時(shí)期 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方興未艾 對(duì)建筑用鋼鐵材料的需求就相對(duì)多一些 應(yīng)重視研究這類(lèi)建筑用鋼材 400MPa級(jí)的建筑用鋼 2001年在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 863計(jì)劃 中又安排了題為 500MPa碳素鋼先進(jìn)工業(yè)化制造技術(shù) 的超級(jí)鋼開(kāi)發(fā)項(xiàng)目 以積極的姿態(tài)參與到這場(chǎng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)之中 2 4新一代鋼鐵材料 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 國(guó)內(nèi)最新研究開(kāi)發(fā)的 新一代鋼鐵材料 分為三類(lèi) 第一類(lèi)是碳素結(jié)構(gòu)鋼 現(xiàn)在強(qiáng)度級(jí)別是200MPa級(jí) 要把它提高到400MPa級(jí) 第二類(lèi)是將400MPa級(jí)低合金鋼 微合金鋼 強(qiáng)度提高到800MPa級(jí) 第三類(lèi)是45 40Cr 42CrMo等機(jī)械制造用鋼材 現(xiàn)在是700 800MPa級(jí) 要提高到1500MPa級(jí) Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 4新一代鋼鐵材料 以上三類(lèi)鋼材在我國(guó)鋼鐵總產(chǎn)量中占60 以上 如果按年產(chǎn)量2億噸來(lái)算的話 這些鋼材的產(chǎn)量就超過(guò)了1億噸 而如果通過(guò)努力使其中較大數(shù)量的材料使用新一代鋼鐵材料 那就可節(jié)約上千萬(wàn)噸鋼 其意義十分重大 如果將其強(qiáng)度或壽命提高一倍 取代目前工藝水平中的50 預(yù)計(jì)每年可節(jié)省2250多萬(wàn)噸鋼材 直接經(jīng)濟(jì)效益562億元 其它節(jié)省鋼廠 礦山基建投資及運(yùn)輸費(fèi)用 降低生產(chǎn)能耗和生態(tài)環(huán)境損害所帶來(lái)的間接效益就更加可觀 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 4新一代鋼鐵材料 參加 新一代鋼鐵材料 重大基礎(chǔ)研究的單位北京科技大學(xué) 清華大學(xué) 東北大學(xué)等 鋼鐵研究總院 中科院沈陽(yáng)金屬所等 寶鋼 首鋼 鞍鋼 武鋼 攀鋼 唐鋼 淮鋼 珠江鋼廠 大連鋼廠等 一汽 二汽等 涉及的品種有 螺紋鋼 薄板 中厚板 薄板坯 特殊鋼等 2 4新一代鋼鐵材料 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 2 4新一代鋼鐵材料 Chapter2工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 技術(shù)思路細(xì)化鋼鐵材料的晶粒和組織 提高鋼材的潔凈度 改善其均勻性 在大幅提高強(qiáng)度的同時(shí) 獲得足夠的塑性 韌性 在理論研究基礎(chǔ)上 把碳素鋼 低合金鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度分別