《金屬學(xué)熱處理》PPT課件

1、工程七：工程構(gòu)造件的選材及運(yùn)用工程七：工程構(gòu)造件的選材及運(yùn)用工程構(gòu)造鋼工程構(gòu)造鋼 是指專門用來是指專門用來制造工程構(gòu)造件的一大類鋼制造工程構(gòu)造件的一大類鋼種種.在鋼總產(chǎn)量中，工程構(gòu)造在鋼總產(chǎn)量中，工程構(gòu)造鋼占鋼占90左右。工程構(gòu)造鋼左右。工程構(gòu)造鋼包括碳素鋼和低合金高強(qiáng)度包括碳素鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。鋼。低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼 是指在碳是指在碳含量低于含量低于0.25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同的普通碳素鋼的根，下同的普通碳素鋼的根底上，經(jīng)過添加一種或多種底上，經(jīng)過添加一種或多種少量合金元素低于少量合金元素低于3%，使鋼的強(qiáng)度明顯高于碳素，使鋼的強(qiáng)度明顯高于碳素鋼的一類工程構(gòu)造用鋼，統(tǒng)鋼的一類

2、工程構(gòu)造用鋼，統(tǒng)稱低合金高強(qiáng)度鋼。稱低合金高強(qiáng)度鋼。按鋼的用途可分：按鋼的用途可分：鋼軌鋼及其他專業(yè)用鋼鋼軌鋼及其他專業(yè)用鋼構(gòu)造鋼構(gòu)造鋼耐腐蝕鋼耐腐蝕鋼低溫用鋼低溫用鋼鋼筋鋼鋼筋鋼耐磨鋼耐磨鋼2.1 2.1 工程構(gòu)造鋼的根本要求工程構(gòu)造鋼的根本要求 工程構(gòu)造件長期受靜載；相互無相對(duì)運(yùn)動(dòng)工程構(gòu)造件長期受靜載；相互無相對(duì)運(yùn)動(dòng)受大氣海水的侵蝕；有些構(gòu)件受疲勞沖擊；受大氣海水的侵蝕；有些構(gòu)件受疲勞沖擊；普通在普通在-50100范圍內(nèi)運(yùn)用；范圍內(nèi)運(yùn)用；如：橋梁、船舶等遭到像風(fēng)力或海浪沖擊如：橋梁、船舶等遭到像風(fēng)力或海浪沖擊.服役服役條件條件消費(fèi)消費(fèi)工藝工藝 焊接是構(gòu)成金屬構(gòu)造的常用方法；普通都要焊接是構(gòu)

3、成金屬構(gòu)造的常用方法；普通都要經(jīng)過如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝經(jīng)過如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝技術(shù)技術(shù)要求要求 1、足夠的強(qiáng)度與韌度特別是低溫韌度；、足夠的強(qiáng)度與韌度特別是低溫韌度； 2、良好的焊接性和成型工藝性；、良好的焊接性和成型工藝性； 3、良好的耐腐蝕性；、良好的耐腐蝕性； 4、低的本錢。、低的本錢。2.2 2.2 低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼的合金化低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼的合金化C 固溶強(qiáng)化效果和珠光體含量，低本錢。固溶強(qiáng)化效果和珠光體含量，低本錢。 C，塑、韌性，塑、韌性，焊接性、冷成型。焊接性、冷成型。如如0.1%C，TK為為-50，0.3%C，TK為為50普通均應(yīng)限制在普通均應(yīng)限

4、制在0.2%以下以下Si 最常用且較經(jīng)濟(jì)的元素。強(qiáng)化最常用且較經(jīng)濟(jì)的元素。強(qiáng)化F較顯著，較顯著，1%Si，s85MPa，TK，量多時(shí)可大為，量多時(shí)可大為降低塑韌性，所以降低塑韌性，所以Si控制在控制在1.1%1 1、MeMe對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的影響對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的影響Mn 固溶強(qiáng)化作用大，固溶強(qiáng)化作用大，1%Mn，s33MPa。約有約有3/4量溶入量溶入F中，弱的細(xì)晶作用，中，弱的細(xì)晶作用，TK。同樣量多時(shí)可大為降低塑韌性同樣量多時(shí)可大為降低塑韌性. 所以所以Mn控制在控制在NbAlV。Re 脫氧去硫吸氫作用，改善塑韌性，脫氧去硫吸氫作用，改善塑韌性，TK 所以，低合金高強(qiáng)度鋼

5、的根本成分應(yīng)思索低碳，所以，低合金高強(qiáng)度鋼的根本成分應(yīng)思索低碳，稍高的錳含量，并適當(dāng)用硅強(qiáng)化。稍高的錳含量，并適當(dāng)用硅強(qiáng)化。 合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼的固溶強(qiáng)化 鋼的韌脆轉(zhuǎn)機(jī)溫度與碳含量的關(guān)系 a強(qiáng)化機(jī)制的影響圖強(qiáng)化機(jī)制的影響圖 b成分的影響成分的影響圖圖 鐵素體鐵素體-珠光體鋼的各種強(qiáng)化機(jī)制和成份對(duì)屈服強(qiáng)珠光體鋼的各種強(qiáng)化機(jī)制和成份對(duì)屈服強(qiáng) 度和韌度和韌-脆轉(zhuǎn)機(jī)溫度的影響脆轉(zhuǎn)機(jī)溫度的影響 2 2、MeMe對(duì)焊接性和耐大氣腐蝕性的影響對(duì)焊接性和耐大氣腐蝕性的影響 優(yōu)良的焊接性是指：焊接工藝簡單；焊縫與母材結(jié)合優(yōu)良的焊接性是指：焊接工藝簡單；焊縫與母材結(jié)合牢牢固，強(qiáng)度不低于母材；焊縫的熱影響區(qū)堅(jiān)

6、持足夠的強(qiáng)度與固，強(qiáng)度不低于母材；焊縫的熱影響區(qū)堅(jiān)持足夠的強(qiáng)度與韌韌性，沒有裂紋及各種缺陷。性，沒有裂紋及各種缺陷?？刂瓶刂艭 C 焊縫處硬化與脆化傾向焊縫處硬化與脆化傾向，焊接裂，焊接裂紋紋。提高淬透性的。提高淬透性的Me種類及其數(shù)量也應(yīng)適種類及其數(shù)量也應(yīng)適當(dāng)控制，如當(dāng)控制，如Cr、Mn、Mo、Ni等。等。CuP 耐大氣腐蝕性最有效的元素。普通含量耐大氣腐蝕性最有效的元素。普通含量:0.0250.25% Cu ，0.050.15 P 。 P，冷脆，冷脆和時(shí)效傾向添加。和時(shí)效傾向添加。用用Al脫氧脫氧 細(xì)晶粒鋼。細(xì)晶粒鋼。復(fù)合參與適量元素，那么復(fù)合參與適量元素，那么鋼耐蝕性效果更佳。鋼耐蝕性效

7、果更佳。 如如090CuPCrNi-A、 09CuP、09CuPCrNi-B時(shí)效時(shí)效景象景象 低碳工程構(gòu)件經(jīng)加工或高溫冷卻后，低碳工程構(gòu)件經(jīng)加工或高溫冷卻后，在室溫或較低溫度下放置一段時(shí)間，在室溫或較低溫度下放置一段時(shí)間，鋼的性能會(huì)發(fā)生明顯變化的景象。鋼的性能會(huì)發(fā)生明顯變化的景象。淬火時(shí)效和機(jī)械時(shí)效淬火時(shí)效和機(jī)械時(shí)效產(chǎn)生產(chǎn)生緣由緣由 C、N等間隙原子偏聚或內(nèi)吸附于等間隙原子偏聚或內(nèi)吸附于位錯(cuò)等晶體缺陷處。提高硬度、降低位錯(cuò)等晶體缺陷處。提高硬度、降低塑性和韌度。如：某鋼板剛變形時(shí)，塑性和韌度。如：某鋼板剛變形時(shí)，AK120J，十天后降為，十天后降為35J；焊接鋼板；焊接鋼板在三個(gè)月后由在三個(gè)月

8、后由92J降為降為33J。當(dāng)然橋梁、船舶等忽然斷裂的緣由很多。例如：共振、應(yīng)力波等當(dāng)然橋梁、船舶等忽然斷裂的緣由很多。例如：共振、應(yīng)力波等2.3 2.3 鐵素體鐵素體- -珠光體鋼珠光體鋼 最新研討成果：如最新研討成果：如F晶粒尺寸細(xì)化到晶粒尺寸細(xì)化到級(jí)，那么級(jí)，那么F-P類低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度也可到達(dá)類低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度也可到達(dá)800MPa F-P類型是工程構(gòu)造鋼中最主要的一類鋼。有類型是工程構(gòu)造鋼中最主要的一類鋼。有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個(gè)牌號(hào)。根五個(gè)牌號(hào)。根據(jù)質(zhì)量要求分為據(jù)質(zhì)量要求分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)。四個(gè)等級(jí)。A、B級(jí)級(jí)為普通質(zhì)量級(jí)；為普通質(zhì)量級(jí)；C

9、級(jí)為優(yōu)質(zhì)級(jí)；級(jí)為優(yōu)質(zhì)級(jí)；D級(jí)和級(jí)和E級(jí)為特殊級(jí)為特殊質(zhì)量級(jí)，有低溫沖擊韌性要求。質(zhì)量級(jí)，有低溫沖擊韌性要求。 組織：組織： 1025片層狀片層狀P+ 7590多邊形多邊形F。低碳鐵素體低碳鐵素體/ /珠光體鋼超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù)珠光體鋼超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù) 2004 2004年度國家科學(xué)技術(shù)提高一等獎(jiǎng)年度國家科學(xué)技術(shù)提高一等獎(jiǎng)主要主要特點(diǎn)特點(diǎn) 超細(xì)晶粒、高干凈度、高均勻性。超細(xì)晶粒、高干凈度、高均勻性。消費(fèi)節(jié)約能源和資源，不用或少用消費(fèi)節(jié)約能源和資源，不用或少用Me，改善，改善環(huán)境，環(huán)境，本錢，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。本錢，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。 如何構(gòu)成微米級(jí)的超細(xì)晶是該工程的中心如何構(gòu)成微米

10、級(jí)的超細(xì)晶是該工程的中心技術(shù)和難點(diǎn)。技術(shù)和難點(diǎn)。詳細(xì)詳細(xì)目的目的 采用形變誘導(dǎo)采用形變誘導(dǎo)F相變，可把相變，可把F晶粒細(xì)晶粒細(xì)化到化到2-5m碳鋼和碳鋼和12m微合微合金鋼。碳鋼的金鋼。碳鋼的s由由200MPa提高到提高到350400MPa；低合金鋼由；低合金鋼由350400MPa提高到提高到600700MPa。低碳鐵素體/珠光體鋼超細(xì)晶鋼材消費(fèi)工藝控制和不同的制品2.4 2.4 微珠光體低合金高強(qiáng)度鋼微珠光體低合金高強(qiáng)度鋼 石油、天然氣開發(fā)，需求大量保送管線。油氣管線石油、天然氣開發(fā)，需求大量保送管線。油氣管線用鋼要求有很好的焊接性、低溫韌度和強(qiáng)度等綜合性能。用鋼要求有很好的焊接性、低溫韌度

11、和強(qiáng)度等綜合性能。保送油氣間隔越長，壓力越大，質(zhì)量要求也越高。油氣保送油氣間隔越長，壓力越大，質(zhì)量要求也越高。油氣管線用鋼開展為微管線用鋼開展為微P P低合金高強(qiáng)度鋼。低合金高強(qiáng)度鋼。強(qiáng)化強(qiáng)化機(jī)理機(jī)理 對(duì)對(duì)F-P鋼鋼, P量每量每10%，將使，將使TK22。 油氣管線用鋼油氣管線用鋼:C, 0.1%；為保證；為保證，就必需采用其它不損害或少損害焊接性和就必需采用其它不損害或少損害焊接性和韌度的強(qiáng)化措施。韌度的強(qiáng)化措施。 析出強(qiáng)化和晶粒細(xì)化析出強(qiáng)化和晶粒細(xì)化鋼性能。鋼性能。Nb、V、Ti微合金化和控軋?zhí)幹霉に?。微合金化和控軋?zhí)幹霉に?。控制軋制和控制冷卻技術(shù)控制軋制和控制冷卻技術(shù) 高溫形變熱處置高

12、溫形變熱處置FF大幅度晶粒細(xì)化大幅度晶粒細(xì)化強(qiáng)度強(qiáng)度和韌度。和韌度。控制軋制和控制冷卻的組織變化方式圖控制軋制和控制冷卻的組織變化方式圖 圖中軋制溫圖中軋制溫度向右邊降度向右邊降低，上層表低，上層表示奧氏體組示奧氏體組織變化，下織變化，下層表示奧氏層表示奧氏體開場相變體開場相變后組織及后組織及F F核的構(gòu)成核的構(gòu)成 3 3、微合金元素的作用、微合金元素的作用 Nb Nb、V V、TiTi單元或復(fù)合是常用的，其作用主要單元或復(fù)合是常用的，其作用主要有細(xì)化晶粒組織和析出強(qiáng)化。微合金元素細(xì)化鋼有細(xì)化晶粒組織和析出強(qiáng)化。微合金元素細(xì)化鋼晶粒主要經(jīng)過以下兩種方式：晶粒主要經(jīng)過以下兩種方式： 1 1阻止加

13、熱時(shí)奧氏體晶粒長大阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長大 2 2抑制奧氏體形變再結(jié)晶抑制奧氏體形變再結(jié)晶 在熱加工過程中，奧氏領(lǐng)會(huì)發(fā)生形變再結(jié)晶在熱加工過程中，奧氏領(lǐng)會(huì)發(fā)生形變再結(jié)晶使晶?；貜?fù)粗大。但應(yīng)變動(dòng)態(tài)析出使晶?；貜?fù)粗大。但應(yīng)變動(dòng)態(tài)析出NbNb、V V、TiTi的的碳氮化物，沉淀在晶界、亞晶界和位錯(cuò)上起釘軋?zhí)嫉?，沉淀在晶界、亞晶界和位錯(cuò)上起釘軋作用，有效地阻止奧氏體再結(jié)晶時(shí)晶界和位錯(cuò)的作用，有效地阻止奧氏體再結(jié)晶時(shí)晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而抑制奧氏體形變再結(jié)晶。運(yùn)動(dòng)，從而抑制奧氏體形變再結(jié)晶。 2.5 2.5 針狀鐵素體鋼針狀鐵素體鋼 對(duì)于一些強(qiáng)度、焊接性、低溫沖擊韌性等要對(duì)于一些強(qiáng)度、焊接性、低溫沖

14、擊韌性等要求更高的場所，還必需采用針狀鐵素體低合金求更高的場所，還必需采用針狀鐵素體低合金高強(qiáng)度鋼。高強(qiáng)度鋼。 針狀鐵素體針狀鐵素體acicular ferrite，簡寫，簡寫AF鋼實(shí)踐上屬于超低碳貝氏體鋼。鋼實(shí)踐上屬于超低碳貝氏體鋼。 0.06C + 適量適量Mn、Mo、Nb等等 具有具有高密度位錯(cuò)高密度位錯(cuò)1010cm2亞構(gòu)造的亞構(gòu)造的“針狀針狀F組織超低碳組織超低碳B。s 達(dá)達(dá)700800MPa，低，低溫沖擊韌性、焊接性更好溫沖擊韌性、焊接性更好. 用于現(xiàn)場焊接條件及其冰冷地帶管線。被用于現(xiàn)場焊接條件及其冰冷地帶管線。被稱為稱為21世紀(jì)的控軋鋼。世紀(jì)的控軋鋼。根本根本特點(diǎn)特點(diǎn)2.6 2.

15、6 低碳貝氏體和馬氏體鋼低碳貝氏體和馬氏體鋼 低碳貝氏體鋼是指含碳量為低碳貝氏體鋼是指含碳量為0.100.15%0.100.15%，使，使用形狀組織為用形狀組織為B B的鋼。貝氏體鋼通常是在軋制空的鋼。貝氏體鋼通常是在軋制空冷或控制冷卻，直接獲得冷或控制冷卻，直接獲得B B組織。組織。 由于由于B B的相變強(qiáng)化，低碳貝氏體鋼與一樣含碳的相變強(qiáng)化，低碳貝氏體鋼與一樣含碳量的鐵素體量的鐵素體- -珠光體型鋼相比，具有更高的強(qiáng)度和珠光體型鋼相比，具有更高的強(qiáng)度和良好的韌度，屈服強(qiáng)度可達(dá)良好的韌度，屈服強(qiáng)度可達(dá)450980MPa .450980MPa .主要主要特點(diǎn)特點(diǎn) 合金元素是保證在較寬的冷速范合

16、金元素是保證在較寬的冷速范圍內(nèi)獲得以貝氏體為主的組織圍內(nèi)獲得以貝氏體為主的組織成分特點(diǎn)成分特點(diǎn): ? 0.5%左右左右Mo + 微量微量B0.005% +Mn、Cr、Ni等等+Nb、Ti、V 主要用于制造容器的板材和其他主要用于制造容器的板材和其他鋼構(gòu)造。鋼構(gòu)造。 14MnMoV 14MnMoV和和14MnMoVBRE14MnMoVBRE鋼是我國開展的鋼是我國開展的低碳貝氏體鋼，屈服強(qiáng)度為低碳貝氏體鋼，屈服強(qiáng)度為490MPa490MPa級(jí)級(jí)低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼 工程機(jī)械上相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件和低溫下運(yùn)用部件，工程機(jī)械上相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件和低溫下運(yùn)用部件，要求有更高的強(qiáng)度和良好的韌性。要求有更高的強(qiáng)度和良

17、好的韌性。 0.16%C，參與，參與Mo、Nb、V、B及控制及控制Mn或或Cr與之與之配合配合 淬火回火處置組織為低碳回火馬氏體。淬火回火處置組織為低碳回火馬氏體。 BHS-1鋼的成分為鋼的成分為0.10C-1.80Mn-0.45Mo-0.05Nb。鍛軋后空冷或直接淬火并自回火。到達(dá)合金調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鍛軋后空冷或直接淬火并自回火。到達(dá)合金調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)后的性能程度。后的性能程度。 制造汽車的輪臂托架、支配桿、車軸、轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)節(jié)和制造汽車的輪臂托架、支配桿、車軸、轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)節(jié)和拉桿等，也可用于冷墩、冷撥及制造高強(qiáng)度緊固件。拉桿等，也可用于冷墩、冷撥及制造高強(qiáng)度緊固件。低合金高強(qiáng)度鋼開展趨勢低合金高強(qiáng)度鋼開展趨勢 低碳超低碳低碳超低碳0.06%甚至甚至0.02%高純真化高純真化微合金化技術(shù)微合金化技術(shù)控軋和控冷工藝控軋和控冷工藝超細(xì)晶?；?xì)晶?；詣?dòng)化在線控制自動(dòng)化在線控制在線消費(fèi)系統(tǒng)在線消費(fèi)系統(tǒng)復(fù)合微合金化復(fù)合微合金化凈化鋼中的有害雜質(zhì)凈化鋼中的有害雜質(zhì)組織微細(xì)化組織微細(xì)化計(jì)算機(jī)控制和性能預(yù)告計(jì)算機(jī)控制和性能預(yù)告 采用超級(jí)鋼概念及技術(shù)構(gòu)造的超級(jí)構(gòu)造表示圖采用超級(jí)鋼概念及技術(shù)構(gòu)造的超級(jí)構(gòu)造表示圖 小小 結(jié)結(jié) 在微合金化成分設(shè)計(jì)的根底上，正確的控軋和在微合金化成分設(shè)計(jì)的根底上，正確的控軋和控冷工藝是關(guān)鍵要素。組織變化是在控冷工藝是關(guān)鍵要素。組織變化是在T-t-P三元處