【正文】 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 主要內(nèi)容 第一節(jié) 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 第二節(jié) 微合金化鋼 第三節(jié) 低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼 鐵素體 馬氏體雙相鋼 第四節(jié) 新一代鋼鐵材料 ?重點與難點： 工程結(jié)構(gòu)件用鋼的力學性能特點、耐大氣腐蝕性及微量合金元素的作用。 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 教學要求 ?基本要求： 了解工程結(jié)構(gòu)件用鋼的力學性能特點、耐大氣腐蝕性及加工工藝性能； 熟悉常用碳素構(gòu)件用鋼和低合金構(gòu)件用鋼。 一、應用背景 ?工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼是在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎上發(fā)展起來的，主要用于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu)（如橋梁、船舶、屋架、鍋爐及壓力容器等）的鋼材。 引 言 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 二、工程構(gòu)件的服役特點 ?不作相對運動，長期承受 靜載荷 作用； ?有一定的使用 溫度 和 環(huán)境 要求： ?如寒冷的北方，構(gòu)件在承載的同時，還要長期經(jīng)受低溫的作用； ?橋梁或船舶則長期經(jīng)受大氣或海水的浸蝕； ?電站鍋爐構(gòu)件的使用溫度則可達到 250℃以上。 引言 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 三、力學性能要求 ?一是 彈性模量大，以保證構(gòu)件有更好的剛度； ?二是 有足夠的抗塑性變形及抗破斷的能力，即 σs和 σb較高，而 δ和 ψ較好； ?三是 缺口敏感性及冷脆傾向性較小等； ?四是 要求具有一定的耐大氣腐蝕及海水腐蝕性能。 引言 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 四、工藝性能要求 ?良好的 冷變形性能； ?良好的 焊接性能。 引言 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 力學性能為輔 工藝性能為主 五、成分設計要求 ?低碳（ wC%≤% ）； ?加入適量的合金元素提高強度 : ?(1)當合金元素含量較低時 ，如低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼和微合金化鋼，其基體組織是 大量的鐵素體和少量的珠光體 ； ?(2)當合金元素中含量較多時 ，基體組織可變?yōu)?貝氏體、針狀鐵素體或馬氏體組織 。 引言 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 六、供貨狀態(tài) ?大部分構(gòu)件通常是在 熱軋空冷（正火）狀態(tài)下 使用； ?有時也在 回火狀態(tài)下 使用。 引言 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 鞍鋼 1700精軋機組現(xiàn)場圖 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 一、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 ?也稱為普通低合金鋼（簡稱普低鋼），這類鋼是為了適應大型工程結(jié)構(gòu)（如大型橋梁、大型壓力容器及大型船舶等）、減輕結(jié)構(gòu)重量、提高使用的可靠性及節(jié)約鋼材的需要而發(fā)展起來的。 引言 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 二、普通低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的化學成分特點 ?（ 1） 低碳 ，這類鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)一般小于 %，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， 很少加Cr和 Ni，是經(jīng)濟性能較好的鋼種。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 ?Mn能細化珠光體和鐵素體晶粒； ?Mn的含量在 1%~%范圍內(nèi)可促進鐵素體在形變時發(fā)生交滑移，使 [112]〈 111〉滑移系在低溫下仍其作用，同時，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的加入還可使 FeFe3C相圖中的 S點左移，使基體中珠光體數(shù)量增多，致使強度不斷提高。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 ?（ 3） 輔加合金元素 Al、 V、 Ti、 Nb等 ，既可產(chǎn)生沉淀強化作用，還可細化晶粒，從而使強韌性得以改善。 ?（ 4） 加入一定量的 Cu和 P，改善這類鋼的耐大氣腐蝕性能。 ? Cu元素沉積在鋼的表面，具有正電位，成為附加陰極，使鋼在很小的陽極電流下達到鈍化狀態(tài)。 ? P在鋼中可以起固溶強化的作用，也可以提高耐蝕性能； ? Ni和 Cr都能促進鋼的鈍化，減少電化學腐蝕； ?加入微量的稀土金屬也有良好的效果。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 ?（ 5） 加入微量稀土元素可以脫硫去氣，凈化鋼材，并改善夾雜物的形態(tài)與分布，從而改善鋼的力學性能和工藝性能。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 總之，普通低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼合金化的思路是：低碳，以 Mn為基礎，適當加入 Al、 V、 Ti、 Nb、 Cu、 P及稀土等合金元素。 ? 我國低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的 牌號 是按屈服強度的高低來分類的，共 5個級別， 21個鋼種。 ? 我國低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的 化學成分、力學性能和特性及用途 分別如 表 2 表 23所示。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 一、微合金化鋼 是 70年代在低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼基礎上發(fā)展起來的一大類高強度低合金鋼。 ?其化學成分特點是加入適量的微合金化合金元素，如鈦、鈮、釩等； ?其工藝特點是運用 控制軋制 和 控制冷卻 生產(chǎn)工藝。 ?通過化學成分和制備工藝的最佳配合達到了鐵素體型鋼的最佳強化效果，即細化晶粒強化和沉淀強化的最佳組合。 微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 二、微量合金元素鈦、鈮、釩等的作用 ?在熱加工過程中，通過 固溶、偏聚在奧氏體晶界、應變誘導析出氮化物，阻止了奧氏體再結(jié)晶的晶界和位錯運動 ，從而抑制再結(jié)晶過程的進行。 微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 圖 21 Nb、 V和 Ti對再結(jié)晶臨界溫度的影響 強 弱 延緩奧氏體再結(jié)晶能力 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金化鋼 ?通過加入鈦和鈮形成 TiN或 Nb(C,N)，它們在高溫下非常穩(wěn)定，其彌散分布對控制高溫下的晶粒長大有強烈的抑制作用 。 ?微量鈮（ w≤% ）形成的 Nb(C,N) 阻止奧氏體晶粒長大作用可達 1150℃ ； ?微量鈦（ w≤% ）以 TiN從高溫固態(tài)鋼中析出，呈彌散分布，對阻止奧氏體晶粒長大很有效。 微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 圖 22 Nb、 V和 Ti對正火態(tài)低合金鋼晶粒度的影響 細化晶粒的作用 強 弱 ?鈦和鈮的碳化物和氮化物有足夠低的固溶度和高的穩(wěn)定性。 釩只有在氮化物中才這樣。一般微合金化鋼中的沉淀強化相主要是低溫下析出的 Nb(C,N)和 VC。 ?當 w(Nb)≤% 時，其細化晶粒對屈服強度的貢獻大于沉淀強化的作用 ； 當 w(Nb)＞%時，其沉淀強化作用對屈服強度的貢獻大于細化晶粒的作用。 微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金化元素釩的沉淀強化對屈服強度的作用最大，而鈦的作用處于鈮和釩之間。 圖 23 微合金元素對鋼屈服強度的影響 σ G— 細化晶粒強化的貢獻； σ ph— 沉淀強化的貢獻 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金化鋼 ?鈦、釩、鈮等合金碳化物和氮化物隨奧氏體化溫度的升高有一定的溶解量，溶于奧氏體的微合金化元素提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，降低了發(fā)生先共析鐵素體和珠光體的溫度范圍，低溫下形成的先共析鐵素體和珠光體組織更細小，并使相間沉淀Nb(C,N)和 V(C,N)的粒子更細小。 微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 三、控制軋制與控制冷卻 ?鋼材的熱軋工藝（如鋼坯的加熱溫度、保溫時間、開軋溫度、軋制道次和道次變形量、終軋溫度以及軋后冷卻等參數(shù)）對鋼材的力學性能有重要影響。 ?由于在普低鋼中加入微量的 Nb、 V等合金元素可以產(chǎn)生顯著的沉淀強化效應，但同時也使鋼的冷脆性傾向增大。所以要生產(chǎn)強韌性鋼還必須采取相應的 韌化措施 ，即采用 控制軋制 和 控制冷卻 工藝來細化鐵素體晶粒。 微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 是將加入微合金化元素的普低鋼加熱到高溫（ 1250℃ ~1350℃ ）進行軋制，但必須將終軋溫度控制在Ar3附近?？刂栖堉票举|(zhì)上是形變熱處理的一種派生形