2 工程结构钢.ppt

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1、Chapter2工程结构钢主要内容2.1工程结构钢的合金化2.2铁素体-珠光体钢2.3低碳贝氏体和马氏体钢2.4先进汽车用钢2.5管线钢、船板、耐候钢、耐火钢等教学要求:??基本要求:了解工程结构钢的服役特点及性能要求，熟悉常用低合金工程结构钢。重点与难点：各种工程结构钢的成分特点，合金元素作用，显微组织与力学性能。2.1工程结构钢的合金化一、应用背景工程结构钢包括碳素工程结构钢和高强度低合金钢。主要用于制造各种工程结构，如桥梁、船舶、建筑结构、锅炉、管道和高压容器等）。Chapter2工程结构钢二、工程构件的服役特点不作相对运动，长期承受静载荷作用，有一定的使用温度和

2、环境要求。如寒冷的北方，构件在承载的同时，还要长期经受低温的作用；桥梁或船舶则长期经受大气或海水的浸蚀；电站锅炉构件的使用温度则可达到250℃以上。三、力学性能要求弹性模量大，以保证构件有更好的刚度；有足够的抗塑性变形及抗破断的能力，即Rp0.2和Rm较高，而塑性较好；缺口敏感性及冷脆倾向性较小等；具有一定的耐大气腐蚀及海水腐蚀性能。Chapter2工程结构钢四、工艺性能要求良好的冷变形性能和焊接性能。以工艺性能为主，力学性能为辅。五、成分设计低碳(wC%≤0.25%)降低冷脆性含碳量增加，珠光体含量随之增加，提高韧脆转化温度。提高焊接性能决定于淬透性和淬硬性：这两者取

3、决于含碳量和合金元素含量；碳是最有害的元素。碳当量Chapter2工程结构钢加入适量的合金元素Si、Mn、Cr、Ni、Nb、V、Ti、Cu、P等。提高强度，但保证塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能。固溶强化：Si、Mn、Cu、P、Cr、Ni等。Si≤0.8%；Mn≤2.0%；P≤0.1%；Cu：0.25-0.5%，Cr≥0.8%，Ni≥0.7%。细晶强化：图3-2，Ti最强，Nb、Al次之，V较弱。沉淀强化：图2-6，图3-3，Nb、V、Ti的碳化物和碳氮化物在奥氏体转变转变中产生相间沉淀和从过饱和铁素体中析出。0.01%Nb、Ti，Rp0.2提高30-50MPa；0.1%

4、VRp0.2提高150-200MPa。Chapter2工程结构钢图2-6碳化物和氮化物在奥氏体中溶解度与温度的关系提高抗大气腐蚀的能力：Cu、P、Cr、Ni和稀土元素等。Cu：0.25-0.5%，P：0.06-0.15%。同时加入几种耐蚀元素效果更佳。六、供货状态?大部分构件通常是在热轧空冷状态下使用，有时也在控轧控冷状态下使用。Chapter2工程结构钢2.1铁素体-珠光体钢一、碳素工程结构钢典型钢种：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。C：0.06-0.38%，Rp0.2：195-275MPa，A：33-20%。大部分以热轧成品供货，少部分以冷轧成品供

5、货（08F、08Al、06Ti）。Chapter2工程结构钢二、高强度低合金钢典型钢种：16Mn性能：Rp0.2：345MPa级，如表3-1。Mn：固溶强化；降低A3，增大奥氏体过冷能力，细化铁素体晶粒，降低冷脆性和FATT50。采用微量元素处理：15MnTi、16MnNb、15MnV（390MPa级）、15MnVN（440MPa级）；正火或控轧控冷态供货。Chapter2工程结构钢三、微合金化钢成分特点：加入微量的合金元素钛、铌、钒等。微合金元素在钢中的作用阻止奥氏体晶粒的长大：抑制奥氏体形变再结晶：应变诱导析出钛、铌、钒的碳化物或碳氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上

6、，其钉扎作用，抑制再结晶。铌最强，钛次之，钒较弱。如图3-4。形成沉淀相促进沉淀强化：如图3-5。生产工艺特点运用控制轧制和控制冷却生产工艺，通过化学成分和生产工艺的最佳配合达到最好的强韧化效果，即细化晶粒强化和沉淀强化的最佳组合。典型钢种：V-Ti-N钢、Nb-V钢、Nb-Ti钢、Nb-Mo钢等。图2.1Nb在钢中的作用图2.2V在钢中的作用2.3低碳贝氏体钢和马氏体钢具有铁素体-珠光体组织的低合金钢和微合金钢的屈服强度的极限约为440MPa。若要求更高强度和韧性的配合，就需要考虑选择其它类型组织的低合金钢，如采用相变强化的方法，因而发展了低碳贝氏体型及低碳马氏体型钢

7、。主要是适当降低钢的含碳量以改善韧性，由此造成的强度损失可由加入合金元素通过控制轧制和控制冷却后形成低碳贝氏体或马氏体的相变强化的方法得到补偿。配合加入微合金化元素，如铌以细化晶粒并进一步提高韧性。利用贝氏体相变强化，钢的屈服强度可达490-780MPa。1贝氏体钢的成分主加合金元素是Mo和B，显著推迟先共析铁素体和珠光体转变，而对贝氏体转变推迟较少。钼和硼对CCT图的影响如图2-7。在此基础上再加入Mn、Cr、Ni元素，进一步推迟先共析铁素体和珠光体转变，并使Bs下降，以获得下贝氏体组织。通过微合金化，充分发挥Nb、V、Ti的细化晶粒和