金属材料学 第2章 工程结构钢

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1、第2章工程结构钢工程结构钢是指专门用来制造工程结构件的一大类钢种。在钢总产量中，工程结构钢占90％左右。工程结构钢包括碳素钢和低合金高强度钢。低合金高强度钢是指在碳含量低于0.25%（质量分数，下同）的普通碳素钢的基础上，通过添加一种或多种少量合金元素（低于3%），使钢的强度明显高于碳素钢的一类工程结构用钢，统称低合金高强度钢。按用途可分为结构钢、耐腐蚀钢、低温用钢、耐磨钢、钢筋钢、钢轨钢及其他专业用钢等高强度耐侯厚壁冷弯高频焊管用于东方明珠塔客车及农业机械镀锌C型钢用于上海大剧院屋架桁架浦东国际机场侯机楼及道路护栏现代化蔬菜棚耐候Z型钢用于体育馆2.1工程结构钢的基本要求工程结构件长期受静

2、载；互相无相对运动受大气（海水）的侵蚀；有些构件受疲劳冲击；一般在-50~100℃范围内使用；如：桥梁、船舶等受到像风力或海浪冲击.服役条件生产工艺焊接是构成金属结构的常用方法；一般都要经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺技术要求1、足够的强度与韧度（特别是低温韧度）；2、良好的焊接性和成型工艺性；3、良好的耐腐蚀性；4、低的成本。2.2低合金高强度结构钢的合金化1、Me对低合金高强度钢力学性能的影响C↑固溶强化效果和珠光体含量，低成本。↑C，↓塑、韧性，↓焊接性、冷成型。如0.1%C，TK为-50℃，0.3%C，TK为50℃一般均应限制在0.2%以下Si最常用且较经济的元素。强化F较显著

3、，1%Si，σs↑85MPa，↑TK，量多时可大为降低塑韧性，所以Si控制在<1.1%Mn固溶强化作用大，1%Mn，σs↑33MPa。约有3/4量溶入F中，弱的细晶作用，↓TK。同样量多时可大为降低塑韧性.所以Mn控制在<1.8%。NbVTiAl形成稳定细小的K等，粒子2~10nm，既细晶又沉淀强化，↑σs，↑δ、AK，综合效果↓TK。改善焊接性。作用顺序:Ti>Nb>Al>V。Re脱氧去硫吸氢作用，改善塑韧性，↓TK所以，低合金高强度钢的基本成分应考虑低碳，稍高的锰含量，并适当用硅强化。合金元素对低合金高强度钢的固溶强化钢的韧－脆转折温度与碳含量的关系（a）强化机制的影响（b）成分的影

4、响图铁素体-珠光体钢的各种强化机制和成份对屈服强度和韧-脆转折温度的影响2、Me对焊接性和耐大气腐蚀性的影响优良的焊接性是指：焊接工艺简单；焊缝与母材结合牢固，强度不低于母材；焊缝的热影响区保持足够的强度与韧性，没有裂纹及各种缺陷。控制CC↑→焊缝处硬化与脆化倾向↑，焊接裂纹↑。提高淬透性的Me种类及其数量也应适当控制，如Cr、Mn、Mo、Ni等。CuP↑耐大气腐蚀性最有效的元素。一般含量:0.025~0.25%Cu，0.05~0.15％P。↑P，冷脆和时效倾向增加。→用Al脱氧→细晶粒钢。复合加入适量元素，则↑钢耐蚀性效果更佳。如090CuPCrNi-A、09CuP、09CuPCrNi-B

5、时效现象低碳工程构件经加工或高温冷却后，在室温或较低温度下放置一段时间，钢的性能会发生明显变化的现象。（淬火时效和机械时效）产生原因C、N等间隙原子偏聚或内吸附于位错等晶体缺陷处。提高硬度、降低塑性和韧度。如：某钢板刚变形时，AK120J，十天后降为35J；焊接钢板在三个月后由92J降为33J。当然桥梁、船舶等突然断裂的原因很多。共振、应力波等思考题：退火后的低C钢板一般在深冲前，先进行一次少量变形的平整加工，然后长进行深冲，为什么?2.3铁素体-珠光体钢最新研究成果：如F晶粒尺寸细化到μ级，则F-P类低合金高强度钢的强度也可达到800MPaF-P类型是工程结构钢中最主要的一类钢。有Q295

6、、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。根据质量要求分为A、B、C、D四个等级。A、B级为普通质量级；C级为优质级；D级和E级为特殊质量级，有低温冲击韧性要求。组织：10~25％片层状P+75~90％多边形F。低碳铁素体/珠光体钢超细晶强韧化与控制技术——2004年度国家科学技术进步一等奖主要特点超细晶粒、高洁净度、高均匀性。生产节约能源和资源，不用或少用Me，改善环境，↓成本，具有更高的经济效益。如何形成微米级的超细晶是该项目的核心技术和难点。具体指标采用形变诱导F相变，可把F晶粒细化到2-5μm（碳钢）和1～2μm（微合金钢）。碳钢的σs由200MPa提高到350～400MPa

7、；低合金钢由350～400MPa提高到600～700MPa。低碳铁素体/珠光体钢超细晶钢材生产工艺控制和不同的制品2.4微珠光体低合金高强度钢石油、天然气开发，需要大量输送管线。油气管线用钢要求有很好的焊接性、低温韧度和强度等综合性能。输送油气距离越长，压力越大，质量要求也越高。油气管线用钢发展为微P低合金高强度钢。强化机理对F-P钢,P量每↑10%，将使TK↑22℃。油气管线用钢:↓C,<0.1%；为保证σ