chd第2章工程結(jié)構(gòu)鋼ppt課件

1、第2章 工程構(gòu)造鋼 .概念指專門用來(lái)制造各種工程構(gòu)造的一大類鋼種，如制造橋梁、船體、油井或礦井用鋼、鋼軌、高壓容器、管道和建筑鋼構(gòu)造等。組織熱軋態(tài)或正火態(tài)運(yùn)用的低C鋼;組織為F+P; B或M。性能要求足夠高的強(qiáng)度、良好的塑性;適當(dāng)?shù)某貨_擊韌性，有時(shí)要求適當(dāng)?shù)牡蜏貨_擊韌性;良好的工藝性能。.大橋船舶屋架壓力容器. 工程構(gòu)造鋼包括碳素鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。 低合金高強(qiáng)度鋼是指在碳含量低于0.25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同的普通碳素鋼的根底上，經(jīng)過(guò)添加一種或多種少量合金元素低于3%，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)稱低合金高強(qiáng)度鋼。 .5碳素構(gòu)造鋼1、碳素工程構(gòu)造鋼的分類、成分及性能特點(diǎn) 1)編

2、號(hào) Q屈服點(diǎn)質(zhì)量等級(jí)脫氧 Q：表示屈服強(qiáng)度 屈服點(diǎn)：分為5個(gè)等級(jí)：195，215， 235，255， 275MPa.6質(zhì)量等級(jí)： 分A，B，C，D四個(gè)等級(jí)，表示對(duì)沖擊實(shí)驗(yàn)的要求不一樣。 A：不要求， B：20時(shí)27J。 C：0時(shí)27J， D：2027J。 脫氧：鎮(zhèn)靜鋼：不表示。 沸騰鋼：F； 半鎮(zhèn)靜鋼：b。.72)特點(diǎn)： (1)碳含量較低。0.06-0.38%C (2)熱軋態(tài)供貨，不需熱處置，組織為FP。 (3) S，P含量隨質(zhì)量等級(jí)提高而減少。3)用途 主要用于工程構(gòu)造鋼。 產(chǎn)量大。.2、Me對(duì)鋼組織、性能的影響碳素工程構(gòu)造鋼中的根本元素是 Fe、C、Mn、Si、S、P 1C C 強(qiáng)度上升，

3、塑韌性下降，焊接性能下降、冷脆性 及時(shí)效敏感性添加；2Mn Mn是殘留物，可以減輕S的有害性；3Si 作為脫氧劑殘留于鋼中，可提高鋼的強(qiáng)度硬度及彈 性，降低塑韌性；4S 煉鋼中殘留的有害物質(zhì)熱脆。5P P也為有害物質(zhì)冷脆。H-氫脆O-夾雜有害物質(zhì).3、常用碳素工程構(gòu)造用鋼3Q235 C量適中，是最通用的工程構(gòu)件用鋼之一，具有 一定的強(qiáng)度、塑性及良好的焊接性；5Q275 C、Si、Mn含量較高，具有較高的強(qiáng)度及硬度 較好的塑性及耐磨性，而塑性較低。4Q255 良好的強(qiáng)度、塑韌性、焊接性及冷熱壓力加工。2Q215 C、Mn含量低，強(qiáng)度不高，塑韌性好，同時(shí)具有良好的焊接性能及工藝成型性。1Q195

4、C、Mn含量低，強(qiáng)度不高，塑韌性高；.Q1950.06-0.12%C、Q2150.09-0.15%C、Q235A0.14-0.22%C、B0.12-0.20%C、Q2550.18-0.28%C、Q2750.28-0.38%C 碳素構(gòu)造鋼的鋼號(hào)用屈服強(qiáng)度表示。這類鋼主要用于制造普通的機(jī)械零件和工程構(gòu)件。屈sQ195.2.1 工程構(gòu)造鋼的根本要求 工程構(gòu)造件長(zhǎng)期受靜載；相互無(wú)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；普通在-50100范圍內(nèi)運(yùn)用；如：橋梁、船舶等遭到像風(fēng)力或海浪沖擊.服役條件消費(fèi)工藝 焊接是構(gòu)成金屬構(gòu)造的常用方法；普通都要經(jīng)過(guò)如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝技術(shù)要求 1、足夠

5、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； 3、良好的耐腐蝕性； 4、低的本錢。.組織熱軋態(tài)或正火態(tài)運(yùn)用的低C鋼;組織為F+P; B或M。性能要求足夠高的強(qiáng)度、良好的塑性;適當(dāng)?shù)某貨_擊韌性，有時(shí)要求適當(dāng)?shù)牡蜏貨_擊韌性;良好的工藝性能。2.2 低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼的合金化.2.2 低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼的合金化1、Me對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能的影響C 固溶強(qiáng)化效果和珠光體含量，低本錢。 C，塑、韌性，焊接性、冷成型。如0.1%C，TK為-50，0.3%C，TK為50普通均應(yīng)限制在0.2%以下Si 最常用且較經(jīng)濟(jì)的元素。強(qiáng)化F較顯著，1%Si，s85MPa，TK，量多時(shí)可大為降低塑韌

6、性，所以Si控制在1.1%.Mn 固溶強(qiáng)化作用大，1%Mn，s33MPa。約有3/4量溶入F中，弱的細(xì)晶作用，TK。同樣量多時(shí)可大為降低塑韌性. 所以Mn控制在NbAlV。Re 脫氧去硫吸氫作用，改善塑韌性，TK 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。. 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 b成分的影響圖 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) 度和韌-脆轉(zhuǎn)機(jī)溫度的影響 .細(xì)化晶粒的主要措施有： 1用Al脫氧時(shí)構(gòu)成AlN質(zhì)點(diǎn)； 2用Ti、Nb、V等元素合金化時(shí)構(gòu)成碳化物、氮化物以及碳氮化物如下圖 3用C

7、r、Ni、Mn等元素降低A3溫度，使奧氏體在更低溫度轉(zhuǎn)移而細(xì)化鐵素體晶粒和珠光體區(qū)域。 .沉淀強(qiáng)化 利用V、Nb、Ti的微合金化，使過(guò)冷奧氏體發(fā)生相間沉淀和鐵素體中析出彌散的碳化物和碳氮化物，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。 微合金鋼中的主要沉淀強(qiáng)化相有VC、NbC、TiC以及Nb(C,N)等。.2、Me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(jiǎn)單；焊縫與母材結(jié)合牢固，強(qiáng)度不低于母材；焊縫的熱影響區(qū)堅(jiān)持足夠的強(qiáng)度與韌性，沒(méi)有裂紋及各種缺陷?？刂艭 C 焊縫處硬化與脆化傾向，焊接裂紋。提高淬透性的Me種類及其數(shù)量也應(yīng)適當(dāng)控制，如Cr、Mn、Mo、Ni等。CuP 耐大氣腐蝕性最有效的元素。普通含量:

8、0.0250.25% Cu ，0.050.15 P 。 P，冷脆和時(shí)效傾向添加。用Al脫氧 細(xì)晶粒鋼。復(fù)合參與適量元素，那么鋼耐蝕性效果更佳。 如090CuPCrNi-A、 09CuP、09CuPCrNi-B.時(shí)效景象 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，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)效產(chǎn)生緣由 C、N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、降低塑性和韌度。如：某鋼板剛變形時(shí)，AK120J，十天后降為35J；焊接鋼板在三個(gè)月后由92J降為33J。當(dāng)然橋梁、船舶等忽然斷裂的緣由很多。共振、應(yīng)力波等.常用工程構(gòu)造鋼 鐵素體-珠光體F-P鋼 碳

9、素工程構(gòu)造鋼 低合金高強(qiáng)度鋼 微合金鋼 低碳貝氏體鋼和馬氏體鋼 低碳貝氏體鋼 針狀鐵素體鋼 低碳馬氏體鋼 雙相鋼 .2.3 鐵素體-珠光體鋼 最新研討成果：如F晶粒尺寸細(xì)化到級(jí)，那么F-P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Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個(gè)牌號(hào)。根據(jù)質(zhì)量要求分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)。A、B級(jí)為普通質(zhì)量級(jí)；C級(jí)為優(yōu)質(zhì)級(jí)；D級(jí)和E級(jí)為特殊質(zhì)量級(jí)，有低溫沖擊韌性要求。 組織： 1025片層狀P+ 7590多邊形F。.1、常用碳素工程構(gòu)造用鋼3Q235 C量適中，是最通用的工程構(gòu)件用鋼之一，具有 一定的強(qiáng)度、塑性及

10、良好的焊接性；5Q275 C、Si、Mn含量較高，具有較高的強(qiáng)度及硬度 較好的塑性及耐磨性，而塑性較低。4Q255 良好的強(qiáng)度、塑韌性、焊接性及冷熱壓力加工。2Q215 C、Mn含量低，強(qiáng)度不高，塑韌性好，同時(shí)具有良好的焊接性能及工藝成型性。1Q195 C、Mn含量低，強(qiáng)度不高，塑韌性高；. Me對(duì)鋼組織、性能的影響碳素工程構(gòu)造鋼中的根本元素是 Fe、C、Mn、Si、S、P 1C C 強(qiáng)度上升，塑韌性下降，焊接性能下降、冷脆性 及時(shí)效敏感性添加；2Mn Mn是殘留物，可以減輕S的有害性；3Si 作為脫氧劑殘留于鋼中，可提高鋼的強(qiáng)度硬度及彈 性，降低塑韌性；4S 煉鋼中殘留的有害物質(zhì)冷脆。5P

11、P也為有害物質(zhì)冷脆。H-氫脆O-夾雜有害物質(zhì).2、低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼1低碳，這類鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)普通小于0.25%，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，加很少Cr和Ni，是經(jīng)濟(jì)性能較好的鋼種。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，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的參與還可使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。低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼的特點(diǎn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么.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

12、粒，從而使強(qiáng)韌性得以改善。4參與一定量的Cu和P，改善這類鋼的耐大氣腐蝕性能。Cu元素堆積在鋼的外表，具有正電位，成為附加陰極，使鋼在很小的陽(yáng)極電流下到達(dá)鈍化形狀；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；5參與微量稀土元素可以脫硫去氣，凈化鋼材，并改善夾雜物的形狀與分布，從而改善鋼的力學(xué)性能和工藝性能。低合金高強(qiáng)度構(gòu)造鋼的特點(diǎn).低碳鐵素體/珠光體鋼超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù) 2004年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)提高一等獎(jiǎng)主要特點(diǎn) 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Me，改善環(huán)境，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

13、該工程的中心技術(shù)和難點(diǎn)。詳細(xì)目的 采用形變誘導(dǎo)F相變，可把F晶粒細(xì)化到2-5m碳鋼和12m微合金鋼。碳鋼的s由200MPa提高到350400MPa；低合金鋼由350400MPa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 微珠光體低合金高強(qiáng)度鋼 石油、天然氣開(kāi)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。保送油氣間隔越長(zhǎng)，壓力越大，質(zhì)量要求也越高。油氣管線用鋼開(kāi)展為微P低合金高強(qiáng)度鋼。強(qiáng)化機(jī)理 對(duì)F-P鋼, P量每10%，將使TK22。 油氣管線用鋼:C, 0.1%；為保證，就必需采用其它不損害或少損害焊接性和韌

14、度的強(qiáng)化措施。 析出強(qiáng)化和晶粒細(xì)化鋼性能。Nb、V、Ti微合金化和控軋?zhí)幹霉に嚒?2、微合金元素的作用 Nb、V、Ti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)化鋼晶粒主要經(jīng)過(guò)以下兩種方式： 1阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大 2抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶 在熱加工過(guò)程中，奧氏領(lǐng)會(huì)發(fā)生形變?cè)俳Y(jié)晶使晶?；貜?fù)粗大。但應(yīng)變動(dòng)態(tài)析出Nb、V、Ti的碳氮化物，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)的運(yùn)動(dòng)，從而抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶。 . 沉淀析出強(qiáng)化相主要是低溫下析出的Nb(C，N)和VC。 Nb0.04%時(shí)，Gph；Nb0.04%時(shí)，ph增量大大添加，而G堅(jiān)

15、持不變。V引起析出強(qiáng)化增量ph最顯著，而Ti的作用途于Nb和V之間。 微合金元素對(duì)鋼的屈服強(qiáng)度的影響 G：晶粒細(xì)化的奉獻(xiàn)Ph：析出強(qiáng)化的奉獻(xiàn) .Nb對(duì)微合金化鋼強(qiáng)度和塑性的影響.V對(duì)微合金化鋼強(qiáng)度和塑性的影響.3、微合金化與熱機(jī)械軋制1成分控制 保證低碳，參與微量的一定量的微合金化元素，獲得極細(xì)的晶粒度。2熱機(jī)械軋制熱軋控制 包括控制軋制和控制冷卻。其中，控制軋制本質(zhì)上是形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的結(jié)合；控制冷卻時(shí)最大限制地細(xì)化鐵素體晶粒及獲得最正確的析出強(qiáng)化效應(yīng)。3微合金化元素的作用如前面所述.控制熱軋和控制冷卻的工藝參數(shù)了解軋制過(guò)程可分為加熱、粗軋和精軋三個(gè)階段。.控制軋制和控制冷卻技術(shù) 高溫形變

16、熱處置F大幅度晶粒細(xì)化強(qiáng)度和韌度?？刂栖堉坪涂刂评鋮s的組織變化方式圖 圖中軋制溫度向右邊降低，上層表示奧氏體組織變化，下層表示奧氏體開(kāi)場(chǎng)相變后組織及F核的構(gòu)成 . 圖 各種軋制程序方式圖 CR：控制軋制 ；AcC:控制冷卻 .2.5 針狀鐵素體鋼 對(duì)于一些強(qiáng)度、焊接性、低溫沖擊韌性等要求更高的場(chǎng)所，還必需采用針狀鐵素體低合金高強(qiáng)度鋼。根本特點(diǎn) 針狀鐵素體acicular ferrite，簡(jiǎn)寫AF鋼實(shí)踐上屬于超低碳貝氏體鋼。 0.06C + 適量Mn、Mo、Nb等 具有高密度位錯(cuò)1010cm2亞構(gòu)造的“針狀F組織超低碳B。s 達(dá)700800MPa，低溫沖擊韌性、焊接性更好. 用于現(xiàn)場(chǎng)焊接條件及其

17、冰冷地帶管線。被稱為21世紀(jì)的控軋鋼。.合金元素的作用碳 低碳量是為了添加Nb的碳化物沉淀；降低對(duì)韌性的損害。錳 Mn推遲鐵素體-珠光體相變，降低 BS點(diǎn)，使針狀的鐵素體在450以下構(gòu)成；也是固溶強(qiáng)化元素。鉬 Mo能有效地推遲鐵素體而不影響貝氏體相變；Mo與Mn結(jié)合運(yùn)用還有利于得到細(xì)晶粒的針狀鐵素而不是粗大的多邊形鐵素體。鈮 經(jīng)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。.針狀鐵素體鋼的用途運(yùn)用于制造寒帶保送石油和天然氣的管線。.2.6 低碳貝氏體和馬氏體鋼 低碳貝氏體鋼是指含碳量為0.100.15%，使用形狀組織為B的鋼。貝氏體鋼

18、通常是在軋制空冷或控制冷卻，直接獲得B組織。 由于B的相變強(qiáng)化，低碳貝氏體鋼與一樣含碳量的鐵素體-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)450980MPa . 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。 低碳貝氏體鋼右圖： 低碳鉬鋼和鉬硼鋼的過(guò)冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變開(kāi)場(chǎng)曲線。 Mo和B的添加. 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，以獲得具有更高強(qiáng)度和低得多的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度的下貝氏體組織。右圖 低碳貝氏體鋼中貝氏體的抗拉強(qiáng)度和韌脆轉(zhuǎn)化溫度的關(guān)系 再參與Mn、Cr、Ni等元素. 合金化 以0.5%Mo，或0.5%Mo+B為根底，同時(shí)參與Mn，Cr，Ni及

19、V，Ti，Nb。1Mo，B：保證空冷條件下獲得貝氏體組織。 緣由：劇烈推遲先共析鐵素體析出和珠光體轉(zhuǎn)變。2 Cr，Ni，Mn： 添加淬透性，使貝氏體轉(zhuǎn)變溫度降低，便于得到下貝氏體組織，具有更低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。3V，Ti，Nb： 細(xì)化晶粒，彌散強(qiáng)化。.主要特點(diǎn) 合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成分特點(diǎn): 0.5%左右Mo + 微量B0.005% +Mn、Cr、Ni等+Nb、Ti、V 主要用于制造容器的板材和其他鋼構(gòu)造。 14MnMoV和14MnMoVBRE鋼是我國(guó)開(kāi)展的低碳貝氏體鋼，屈服強(qiáng)度為490MPa級(jí).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，要求有更高的

20、強(qiáng)度和良好的韌性。 0.16%C，參與Mo、Nb、V、B及控制Mn或Cr與之配合 淬火回火處置組織為低碳回火馬氏體。 BHS-1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)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)和拉桿等，也可用于冷墩、冷撥及制造高強(qiáng)度緊固件。.2.7 雙相鋼成分主要成分為： 0.2%C，1.21.5%Si，0.81.5%Mn，0.45%Cr，0.4%Mo，少量V 、Nb、Ti。質(zhì)量分?jǐn)?shù)組織 F+M組織，F(xiàn)基體上分布不延續(xù)島狀混合型M20% 雙相鋼。 F中非常干凈，C、N等間隙原子很少；C和Me大部分在M中. 強(qiáng)度 MPa 雙相鋼 600 400 普通鋼 200 10 20 30 40 應(yīng)變 / % 雙相鋼和普通鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線的比較性能 低s，且是延續(xù)屈服，無(wú)屈服平臺(tái)和上、下屈服；均勻塑變才干強(qiáng)，總延伸率較大，冷加工性能好；加工硬化率n值大，成