【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(xué)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(xué)要求 ?基本要求： 了解工程結(jié)構(gòu)件用鋼的力學(xué)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(yīng)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(chǔ)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(xué)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(xué)性能為輔 工藝性能為主 五、成分設(shè)計要求 ?低碳（ wC%≤% ）； ?加入適量的合金元素提高強度 : ?(1)當(dāng)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(dāng)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(yīng)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(xué)成分特點 ?（ 1） 低碳 ，這類鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?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(xì)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(xì)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(xué)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(xué)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(chǔ)，適當(dāng)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(xué)成分、力學(xué)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(chǔ)上發(fā)展起來的一大類高強度低合金鋼。 ?其化學(xué)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(xué)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(xì)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(yīng)變誘導(dǎo)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(xì)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(dāng) w(Nb)≤% 時，其細(xì)化晶粒對屈服強度的貢獻大于沉淀強化的作用 ； 當(dāng) w(Nb)＞%時，其沉淀強化作用對屈服強度的貢獻大于細(xì)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(xì)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(xì)小，并使相間沉淀Nb(C,N)和 V(C,N)的粒子更細(xì)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(xué)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(yīng)，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(yīng)的 韌化措施 ，即采用 控制軋制 和 控制冷卻 工藝來細(xì)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。控制軋制本質(zhì)上是形變熱處理的一種派生形