合金結構鋼的分類和性能

1、合金結構鋼的分類和性能合金結構鋼的分類和性能 合金結構鋼合金結構鋼n在碳素鋼基礎上添加一定量的合金元素達到所需性能在碳素鋼基礎上添加一定量的合金元素達到所需性能要求的鋼材，即構成合金結構鋼。要求的鋼材，即構成合金結構鋼。n合金結構鋼具有優(yōu)良的綜合性能，經濟效益顯著，應合金結構鋼具有優(yōu)良的綜合性能，經濟效益顯著，應用范圍涉及到國民經濟和國防建設的各個領域，是焊用范圍涉及到國民經濟和國防建設的各個領域，是焊接結構中用量最大的一類工程材料。接結構中用量最大的一類工程材料。n合金結構鋼的主要特點是強度高，韌性、塑性和焊接合金結構鋼的主要特點是強度高，韌性、塑性和焊接性也較好，廣泛用于壓力容器、工程機械

2、、石油化工、性也較好，廣泛用于壓力容器、工程機械、石油化工、橋梁、船舶制造、建筑和其他鋼結構橋梁、船舶制造、建筑和其他鋼結構，在經濟建設和，在經濟建設和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。社會發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。 鋼結構離不開焊接鋼結構離不開焊接n全世界結構鋼的年消耗量約全世界結構鋼的年消耗量約3.55.5億億 噸，并以每年噸，并以每年5%8%的速度增長；的速度增長； 我國發(fā)展的更為迅速，近幾年每年鋼產我國發(fā)展的更為迅速，近幾年每年鋼產 量增長超過量增長超過15%。n工業(yè)化國家：人均鋼材占有量工業(yè)化國家：人均鋼材占有量300kg， 焊接與鋼材用量成正比。焊接與鋼材用量成正比。nIIW會員國收費標準

3、：以該國上年度鋼會員國收費標準：以該國上年度鋼 產量為依據收費，產量為依據收費， 因為約因為約60%的鋼材的鋼材 需要焊接加工。需要焊接加工。 液化石油氣集裝船液化石油氣集裝船 正在建造的航母正在建造的航母 n科學的發(fā)展和技術進步，焊接結構設計日趨向高參數、科學的發(fā)展和技術進步，焊接結構設計日趨向高參數、輕量化及大型化發(fā)展，對鋼材性能提出了越來越高的輕量化及大型化發(fā)展，對鋼材性能提出了越來越高的要求。要求。n隨著合金結構鋼的使用范圍不斷擴大，焊接問題也日隨著合金結構鋼的使用范圍不斷擴大，焊接問題也日益突出，引起人們的高度重視。益突出，引起人們的高度重視。n材料焊接性，發(fā)展成一門獨立的課程。材料

4、焊接性，發(fā)展成一門獨立的課程。 3.1 合金結構鋼的分類及性能合金結構鋼的分類及性能 3.1.1 合金結構鋼的分類合金結構鋼的分類 1. 強度用鋼強度用鋼（非調質鋼、調質鋼）（非調質鋼、調質鋼） 1）熱軋及正火鋼、控軋鋼）熱軋及正火鋼、控軋鋼 s為為295490MPa，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬非熱處理強化，在熱軋或正火狀態(tài)下使用，屬非熱處理強化鋼。包括微合金化控軋鋼、抗層狀撕裂的鋼。包括微合金化控軋鋼、抗層狀撕裂的Z向鋼等。向鋼等。廣泛用于常溫下廣泛用于常溫下工作的受力結構，如壓力容器、機械、橋梁、建筑結構和管線等。工作的受力結構，如壓力容器、機械、橋梁、建筑結構和管線等。 2）低碳調質鋼）

5、低碳調質鋼 s為為490980MPa，在淬火，在淬火-回火的調質狀態(tài)下供貨，屬熱處理強回火的調質狀態(tài)下供貨，屬熱處理強化鋼。特點是含碳量較低（化鋼。特點是含碳量較低（C0.22%），既有高強度，又兼有良好），既有高強度，又兼有良好的塑韌性，可在調質狀態(tài)下焊接。這類鋼在焊接結構中得到越來越廣的塑韌性，可在調質狀態(tài)下焊接。這類鋼在焊接結構中得到越來越廣泛的應用，可用于大型工程機械、壓力容器、艦船制造等。泛的應用，可用于大型工程機械、壓力容器、艦船制造等。 3）中碳調質鋼）中碳調質鋼 s在在8801176MPa以上，鋼中以上，鋼中C含量高（含量高（C 0.25%0.5%），），淬硬性比低碳調質鋼高得

6、多，具有很高的硬度和強度，但韌性較低，淬硬性比低碳調質鋼高得多，具有很高的硬度和強度，但韌性較低，給焊接帶來了很大的困難。這類鋼用于強度要求很高的部件，如火箭給焊接帶來了很大的困難。這類鋼用于強度要求很高的部件，如火箭發(fā)動機殼體、飛機起落架等。發(fā)動機殼體、飛機起落架等。 2. 低中合金特殊用鋼低中合金特殊用鋼 用于一些特定條件下工作的機械零件和工程結構，能適應用于一些特定條件下工作的機械零件和工程結構，能適應特殊環(huán)境下工作的要求。特殊環(huán)境下工作的要求。 1）珠光體耐熱鋼）珠光體耐熱鋼 以以Cr、Mo為基礎的低中合金鋼，隨工作溫度的提高，可加入為基礎的低中合金鋼，隨工作溫度的提高，可加入V、W、

7、Nb、B等合金元素，具有較好的高溫強度和高溫抗氧化性，用等合金元素，具有較好的高溫強度和高溫抗氧化性，用于工作溫度于工作溫度500600的高溫設備，如電力、化工設備等。的高溫設備，如電力、化工設備等。 2）低溫鋼）低溫鋼 主要是一些含主要是一些含Ni或無或無Ni的低合金鋼，在正火或調質狀態(tài)使用，用的低合金鋼，在正火或調質狀態(tài)使用，用于各種低溫裝置（于各種低溫裝置（-40-196）和在嚴寒地區(qū)的工程結構，如液化）和在嚴寒地區(qū)的工程結構，如液化石油氣、天然氣的儲存容器等。與普通低合金鋼相比，低溫鋼須保石油氣、天然氣的儲存容器等。與普通低合金鋼相比，低溫鋼須保證在低溫下具有足夠高的低溫韌性，對強度無

8、特殊要求。證在低溫下具有足夠高的低溫韌性，對強度無特殊要求。 3）低合金耐蝕鋼）低合金耐蝕鋼 除一般力學性能外，必須具有耐腐蝕性能的要求。用于在大氣、除一般力學性能外，必須具有耐腐蝕性能的要求。用于在大氣、海水、石油化工等腐蝕介質中工作的機械設備和焊接結構。由于所海水、石油化工等腐蝕介質中工作的機械設備和焊接結構。由于所處的介質不同，耐蝕鋼的類型和成分也不同。耐蝕鋼中應用最廣泛處的介質不同，耐蝕鋼的類型和成分也不同。耐蝕鋼中應用最廣泛的是耐大氣和耐海水腐蝕用鋼。的是耐大氣和耐海水腐蝕用鋼。 3.1.2 合金結構鋼的基本性能合金結構鋼的基本性能 1. 化學成分化學成分 合金元素總量合金元素總量6

9、00MPa 3. 顯微組織顯微組織 F+P、P、ML、ML+BL、BL (a) 對抗拉強度的影響對抗拉強度的影響 (b) 對屈服強度的影響對屈服強度的影響 圖圖3-1 合金元素對鋼材強度性能的影響合金元素對鋼材強度性能的影響 加入合金元素能細化晶粒，各種合金元素在不同程度上改變了鋼的奧加入合金元素能細化晶粒，各種合金元素在不同程度上改變了鋼的奧氏體轉變動力學，直接影響鋼的淬硬傾向。如氏體轉變動力學，直接影響鋼的淬硬傾向。如C、Mn、Cr、Mo、V、W、Ni、Si等元素能提高鋼的淬硬傾向，而等元素能提高鋼的淬硬傾向，而Ti、Nb等碳化物形成元素等碳化物形成元素則降低鋼的淬硬傾向。則降低鋼的淬硬傾

10、向。 合金結構鋼強度級別不同，合金元素及其含量也不同，合金結構鋼強度級別不同，合金元素及其含量也不同，成分設計既要滿足使用性要求，又要考慮其經濟性。成分設計既要滿足使用性要求，又要考慮其經濟性。n強度級別為強度級別為600MPa的鋼主要為的鋼主要為Mn-Si系和在系和在Mn-Si基礎上加少量的基礎上加少量的Cr、Ni、Mo、V；n700MPa級的鋼主要為級的鋼主要為Mn-Si-Cr-Ni-Mo系，合金元系，合金元素加入量較素加入量較600MPa級的鋼多一些，另外還加入少量級的鋼多一些，另外還加入少量的的V；n800MPa級的鋼主要為級的鋼主要為Mn-Si-Cr-Ni-Mo-Cu-V系，系，并加

11、入一定量的并加入一定量的B；n1000MPa級的鋼合金系列與級的鋼合金系列與800MPa級的鋼基本相級的鋼基本相同，但合金元素加入量較高，尤其是為了保證韌性加同，但合金元素加入量較高，尤其是為了保證韌性加入較多的入較多的Ni。 按其供貨時的熱處理狀態(tài)，按其供貨時的熱處理狀態(tài)，n低合金結構鋼可分為熱軋、控軋、正火、低合金結構鋼可分為熱軋、控軋、正火、TMCP（控（控軋控冷）、調質（淬火回火）。軋控冷）、調質（淬火回火）。n調質處理（調質處理（QT）分為水調質處理（淬火回火）和空）分為水調質處理（淬火回火）和空氣調質處理（正火回火）兩種。氣調質處理（正火回火）兩種。n屈服強度低于屈服強度低于420

12、MPa的低合金鋼中薄板可以熱軋的低合金鋼中薄板可以熱軋（或控軋）狀態(tài)供貨；屈服強度（或控軋）狀態(tài)供貨；屈服強度500MPa以上的低合以上的低合金鋼厚板，應以正火（或空氣調質）狀態(tài)供貨金鋼厚板，應以正火（或空氣調質）狀態(tài)供貨.n屈服強度屈服強度690MPa以上的高強度鋼大都是調質處理以上的高強度鋼大都是調質處理（淬火回火）。（淬火回火）。 n (a) 對強度的影響對強度的影響 (b) 對韌性的影響對韌性的影響 圖圖3-3 不同組織對強度和韌性的影響（不同組織對強度和韌性的影響（C0.090.1低合金鋼）低合金鋼） 低合金鋼的強化途徑低合金鋼的強化途徑n新的冶煉技術的進步，促進了新一代鋼種的誕生。

13、新的冶煉技術的進步，促進了新一代鋼種的誕生。n低合金鋼的強化途徑包括：低合金鋼的強化途徑包括： 1）合金強化）合金強化 2）組織強化（如淬火）組織強化（如淬火+回火）回火） 3）控軋控冷工藝（）控軋控冷工藝（TMCP） 4）淬火）淬火+自回火控制軋制（自回火控制軋制（QST） n1）合金強化（固溶強化、析出強化）合金強化（固溶強化、析出強化） 通過合金元素的固溶強化、細晶強化、析出強化，通過合金元素的固溶強化、細晶強化、析出強化，提高鋼板的強度和韌性；通過正火細化晶粒、均勻組提高鋼板的強度和韌性；通過正火細化晶粒、均勻組織，進一步提高鋼板的塑性和韌性?？?，進一步提高鋼板的塑性和韌性。n2）組織

14、強化（如淬火）組織強化（如淬火+回火）回火） 軋制后加熱溫度超過相變溫度軋制后加熱溫度超過相變溫度30-50，經水冷，經水冷后生成淬火飽和固溶體為不穩(wěn)定組織，強度、硬度都后生成淬火飽和固溶體為不穩(wěn)定組織，強度、硬度都很高。隨后進行回火可使淬火固溶體分解，達到對鋼很高。隨后進行回火可使淬火固溶體分解，達到對鋼材塑性和韌性的要求。材塑性和韌性的要求。 （工藝上稱該工序為（工藝上稱該工序為“調質處理調質處理”）。）。 3）控軋控冷工藝（）控軋控冷工藝（TMCP）n嚴格控制鋼板的冷卻過程，在接近或低于鐵素體開始生成的溫度嚴格控制鋼板的冷卻過程，在接近或低于鐵素體開始生成的溫度（Ar3, + 910）下

15、完成終軋。）下完成終軋。n控軋：控軋：指在更低的溫度下停軋，抑制高溫奧氏體晶粒長大；指在更低的溫度下停軋，抑制高溫奧氏體晶粒長大；n控冷：控冷：即軋后立即加快冷卻速度，避免晶粒長大，提高形核率，產即軋后立即加快冷卻速度，避免晶粒長大，提高形核率，產生強韌性更高的細小生強韌性更高的細小B或或AF，通過細化晶粒顯著改善鋼的強韌性。，通過細化晶粒顯著改善鋼的強韌性。 新一代鋼鐵材料的特色是：超潔凈度、超均勻性、超細晶粒。在不新一代鋼鐵材料的特色是：超潔凈度、超均勻性、超細晶粒。在不增加甚至在降低碳及合金元素的條件下，強度和壽命提高增加甚至在降低碳及合金元素的條件下，強度和壽命提高1倍。倍。n超潔凈度

16、：超潔凈度：鋼中鋼中P+S+O+N+H雜質總量降低到雜質總量降低到0.01%以下，使鋼以下，使鋼的強韌性獲得大幅度提高。的強韌性獲得大幅度提高。 n超均勻性：超均勻性：是指成分、組織、性能的均勻一致，并強調組織均勻的是指成分、組織、性能的均勻一致，并強調組織均勻的主導作用。這種軋制工藝可使鋼材在較低的碳當量下獲得高的強度，主導作用。這種軋制工藝可使鋼材在較低的碳當量下獲得高的強度，且焊接性好。且焊接性好。n超細晶粒：超細晶粒：可使晶粒尺寸達到可使晶粒尺寸達到0.110m。 4）淬火）淬火+自回火控制軋制（自回火控制軋制（QST） 淬火后利用鋼截面中部的溫度散熱進行回火，淬火后利用鋼截面中部的溫

17、度散熱進行回火，實質是實質是TMCP工藝的特殊應用。經過這種工藝處理工藝的特殊應用。經過這種工藝處理的鋼材，其強度高而且焊接性好。的鋼材，其強度高而且焊接性好。 合金結構鋼的牌號合金結構鋼的牌號n我國第一個低合金高強鋼標準于我國第一個低合金高強鋼標準于1959年發(fā)布，經過多次修訂，年發(fā)布，經過多次修訂，由部標升為國家標準。由部標升為國家標準。1988年發(fā)布的國標年發(fā)布的國標GB/T 1591-1988名名為為低合金結構鋼低合金結構鋼，列入屈服強度，列入屈服強度295440MPa的的 17個鋼號。個鋼號。nGB/T 1591-1988標準對鋼號的化學成分、力學性能作了具體標準對鋼號的化學成分、力

18、學性能作了具體規(guī)定。這樣做雖然方便標準的執(zhí)行，但是不利于鋼種的發(fā)展。規(guī)定。這樣做雖然方便標準的執(zhí)行，但是不利于鋼種的發(fā)展。因為國標不可能把各生產廠的鋼號都納入進來；而且標準既因為國標不可能把各生產廠的鋼號都納入進來；而且標準既定以后，在一段時間內又不能變化和發(fā)展。定以后，在一段時間內又不能變化和發(fā)展。n1992年，我國低合金鋼標準進行了一次重大的修訂，形成了年，我國低合金鋼標準進行了一次重大的修訂，形成了新的國標新的國標GB/T 15911994低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼。 新、舊國標鋼號的對照新、舊國標鋼號的對照 GB/T 1591-1994 GB/T 1591-1988Q295（A、B） 0