[工学]钢铁材料-结构钢课件.ppt

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1、工程结构钢结构钢：制作大型金属结构，又称工程用钢。如：桥梁、船体、油井、钢轨、管道、建筑工作特点：不作相对运动，承受长期静载荷，有温度要求。性能要求：载荷作用下结构长期稳定，较高刚度，高的屈服强度和抗拉强度，塑性和韧性好，较小的冷脆倾向性和耐蚀性。良好的工艺性能：冷变形性，可焊性（使用性能位居第二）。工程结构钢一、工程结构钢的机械性能特点工程结构钢（一）、屈服现象低碳钢的屈服现象及应变时效上屈服点下屈服点延伸率应力1.屈服现象2.去载后立即加载3.去载后放置在加载原因：外应力大于柯氏气团对位错的钉扎作用。低碳钢的机械性能特点，应力应变曲线出现屈服齿或屈服平台。（二）、应变时效和淬火时效

2、应变时效：构件用钢经冷塑性变形后，在室温放置较长时间或稍经加热后，其强度、硬度升高，塑性、韧性下降。原因：柯氏气团重新聚集，钉扎位错淬火时效：低碳钢加热到接近Ac1温度淬火，在室温放置稍经加热后，其强度升高，而塑性、韧性下降。原因：过饱和α固溶体脱溶沉淀。在室温或较高温，C、N原子向位错和晶界偏聚，析出与母相共格的亚稳相ε碳化物和α氮化物，时效时间增长，亚稳相与母相脱离共格，转变成稳定的渗碳体或相。应变时效和淬火时效都增加钢的冷脆倾向，提高钢的脆性转折温度——钢材脆性增大。（三）、冷脆倾向性冷脆：用低碳钢材制造的各种工程构件，室温强度不高，塑性韧性良好，但是温度降低时，可能由微

3、孔聚集型的塑性断裂转变为脆性的解理断裂。fs温度tc应力影响冷脆转变温度的因素：构件缺口和裂纹显著提高冷脆转变温度应变时效和淬火时效提高脆性转折温度细化晶粒可以提高钢的解理断裂应力，降低tC。理想组织：细小均匀的铁素体晶粒和适量的片状珠光体。二、工程结构钢的合金化工程结构钢的合金化常用的工程结构钢是热轧态或正火态使用的低碳钢，显微组织是铁素体－珠光体，通过加入合金元素提高强韧性。在铁素体－珠光体钢中，合金元素对强化的贡献有：①溶入铁素体起固溶强化；溶入铁素体的合金元素均能提高钢的硬度、抗拉强度和屈服强度。②细化晶粒起细晶强化；③析出弥散的碳化物、碳氮化物，起沉淀强化；强碳化物形成元

4、素V、Ti、Nb在热轧空冷过程中，从奥氏体沉淀析出V4C3、TiC、NbC，进行沉淀强化。④增加珠光体含量。合金元素使Fe-C相图的S点左移，增加P数量。P作为强化元素含量一般不超过0.1%；Mn和Si为常用的固溶强化元素，一般Mn含量不超过2％，Si含量不超过0.8%；铜作为钢中的残余元素加以利用，一般含0.25~0.5%。微量铜可以提高钢的耐大气腐蚀性能；国际上有的工程结构钢主要加入少量的铬和镍，铬不超过0.8%，镍不超过0.7%，它们不产生固溶强化效果。工程结构钢的合金化固溶强化：主要利用Mn、Si、Cu、P等元素溶入铁素体来提高强度。工程结构钢的合金化细晶强化：根据Hall-P

5、etch公式，钢的晶粒愈细小，钢的屈服强度呈直线上升。细化晶粒的途径有多种，其中主要的是用铝脱氧和合金化。用铝脱氧生成的细小弥散的AlN质点，用钛、铌、钒的微合金化生成弥散的氮化物、碳化物和碳氮化物，这些弥散相都能钉扎晶界，阻碍奥氏体晶粒长大，转变后细化铁素体和珠光体晶粒。钢中加入降低A3温度的合金元素，可使奥氏体在更低温度转变而细化铁素体和珠光体晶粒，如加入1.0~1.5%Mn可使A3温度降低50℃。铬和镍与锰一样可增加奥氏体过冷能力，使转变温度降低，细化钢的显微组织，提高了钢的强度。工程结构钢的合金化沉淀强化：应用钒、铌、钛的微合金化，使过冷奥氏体发生相间沉淀和铁素体中析出弥散的碳

6、化物和碳氮化物，产生沉淀强化。氮化物最稳定，一般在奥氏体中沉淀，对奥氏体高温形变、再结晶和晶粒长大起抑制作用。碳化物和碳氮化物稳定性稍差，一般在奥氏体转变中产生相间沉淀和从过饱和铁素体中析出，从而产生沉淀强化。微合金钢中主要的沉淀相是VC、NbC和TiC，其粒子尺寸在2～10nm范围内具有最大的沉淀强化效应。钢中每加入0.01%铌和钛，使屈服强度增高30～50MPa；每加入0.1%钒，使屈服强度增高150～200MPa。当钢中含有一定量碳和氮时，钢中微量钛主要以TiN出现，细化奥氏体晶粒。钢中微量铌既可以在高温变形时析出NbN和铌的晶界偏聚细化奥氏体晶粒，又可以在随后发生相间沉淀和从过

7、饱和铁素体析出Nb(C,N)产生沉淀强化。铁素体－珠光体组织的冷脆性韧脆转变温度:是指在某一临界温度TK以上材料呈韧性状态，而在该温度以下呈脆性状态。转变温度高，材料低温变脆倾向大，转变温度低，材料低温变脆倾向小。按断口形貌确定韧脆转变温度的方法是取断口中结晶区占整个断口面积50％时的温度为TK，并记为50％FATT(FractureAppearanceTransitionTemperature)或FATT50。具有铁素体－珠光体组织的工程结构