金属材料及处理ppt课件

1、工程七：工程构造件的选材及运用工程七：工程构造件的选材及运用工程构造钢工程构造钢 是指专门用来是指专门用来制造工程构造件的一大类钢制造工程构造件的一大类钢种种.在钢总产量中，工程构造在钢总产量中，工程构造钢占钢占90左右。工程构造钢左右。工程构造钢包括碳素钢和低合金高强度包括碳素钢和低合金高强度钢。钢。低合金高强度钢低合金高强度钢 是指在碳是指在碳含量低于含量低于0.25%质量分数质量分数，下同的普通碳素钢的根，下同的普通碳素钢的根底上，经过添加一种或多种底上，经过添加一种或多种少量合金元素低于少量合金元素低于3%，使钢的强度明显高于碳素，使钢的强度明显高于碳素钢的一类工程构造用钢，统钢的一类

2、工程构造用钢，统称低合金高强度钢。称低合金高强度钢。按钢的用途可分：按钢的用途可分：钢轨钢及其他专业用钢钢轨钢及其他专业用钢构造钢构造钢耐腐蚀钢耐腐蚀钢低温用钢低温用钢钢筋钢钢筋钢耐磨钢耐磨钢一、一、 工程构造钢的根本要求工程构造钢的根本要求 工程构造件长期受静载；相互无相对运动工程构造件长期受静载；相互无相对运动受大气海水的侵蚀；有些构件受疲劳冲击；受大气海水的侵蚀；有些构件受疲劳冲击；普通在普通在-50100范围内运用；范围内运用；如：桥梁、船舶等遭到像风力或海浪冲击如：桥梁、船舶等遭到像风力或海浪冲击.服役服役条件条件消费消费工艺工艺 焊接是构成金属构造的常用方法；普通都要焊接是构成金属

3、构造的常用方法；普通都要经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺技术技术要求要求 1、足够的强度与韧度特别是低温韧度；、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；、良好的焊接性和成型工艺性； 3、良好的耐腐蚀性；、良好的耐腐蚀性； 4、低的本钱。、低的本钱。二、二、 低合金高强度构造钢的合金化低合金高强度构造钢的合金化C 固溶强化效果和珠光体含量，低本钱。固溶强化效果和珠光体含量，低本钱。 C，塑、韧性，塑、韧性，焊接性、冷成型。焊接性、冷成型。如如0.1%C，TK为为-50，0.3%C，TK为为50普通均应限制在普通均应限制在0.2%

4、以下以下Si 最常用且较经济的元素。强化最常用且较经济的元素。强化F较显著，较显著，1%Si，s85MPa，TK，量多时可大为，量多时可大为降低塑韧性，所以降低塑韧性，所以Si控制在控制在1.1%一一MeMe对低合金高强度钢力学性能的影响对低合金高强度钢力学性能的影响Mn 固溶强化作用大，固溶强化作用大，1%Mn，s33MPa。约有约有3/4量溶入量溶入F中，弱的细晶作用，中，弱的细晶作用，TK。同样量多时可大为降低塑韧性同样量多时可大为降低塑韧性. 所以所以Mn控制在控制在NbAlV。Re 脱氧去硫吸氢作用，改善塑韧性，脱氧去硫吸氢作用，改善塑韧性，TK 所以，低合金高强度钢的根本成分应思索

5、低碳，所以，低合金高强度钢的根本成分应思索低碳，稍高的锰含量，并适当用硅强化。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 钢的韧脆转机温度与碳含量的关系 a强化机制的影响图强化机制的影响图 b成分的影响成分的影响图图 铁素体铁素体-珠光体钢的各种强化机制和成份对屈服强珠光体钢的各种强化机制和成份对屈服强 度和韧度和韧-脆转机温度的影响脆转机温度的影响 二二MeMe对焊接性和耐大气腐蚀性的影响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；焊缝与母材结合优良的焊接性是指：焊接工艺简单；焊缝与母材结合牢牢固，强度不低于母材；焊缝的热影响区坚持足够的强度与固，强

6、度不低于母材；焊缝的热影响区坚持足够的强度与韧韧性，没有裂纹及各种缺陷。性，没有裂纹及各种缺陷。控制控制C C 焊缝处硬化与脆化倾向焊缝处硬化与脆化倾向，焊接裂，焊接裂纹纹。提高淬透性的。提高淬透性的Me种类及其数量也应适种类及其数量也应适当控制，如当控制，如Cr、Mn、Mo、Ni等。等。CuP 耐大气腐蚀性最有效的元素。普通含量耐大气腐蚀性最有效的元素。普通含量:0.0250.25% Cu ，0.050.15 P 。 P，冷脆，冷脆和时效倾向添加。和时效倾向添加。用用Al脱氧脱氧 细晶粒钢。细晶粒钢。复合参与适量元素，那么复合参与适量元素，那么钢耐蚀性效果更佳。钢耐蚀性效果更佳。 如如090

7、CuPCrNi-A、 09CuP、09CuPCrNi-B时效时效景象景象 低碳工程构件经加工或高温冷却后，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，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景象。钢的性能会发生明显变化的景象。淬火时效和机械时效淬火时效和机械时效产生产生缘由缘由 C、N等间隙原子偏聚或内吸附于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，塑性和韧度。如：某钢板刚变形时，AK120J，十天后降为，十天后降为35J；焊接钢板；焊接钢板在三个月后由在三个月后由92J降为降为3

8、3J。当然桥梁、船舶等忽然断裂的缘由很多。例如：共振、应力波等当然桥梁、船舶等忽然断裂的缘由很多。例如：共振、应力波等三、三、 铁素体铁素体- -珠光体钢珠光体钢 最新研讨成果：如最新研讨成果：如F晶粒尺寸细化到晶粒尺寸细化到级，那么级，那么F-P类低合金高强度钢的强度也可到达类低合金高强度钢的强度也可到达800MPa F-P类型是工程构造钢中最主要的一类钢。有类型是工程构造钢中最主要的一类钢。有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号。根五个牌号。根据质量要求分为据质量要求分为A、B、C、D四个等级。四个等级。A、B级级为普通质量级；为普通质量级；C级为优质级；级为优质级；D

9、级和级和E级为特殊级为特殊质量级，有低温冲击韧性要求。质量级，有低温冲击韧性要求。 组织：组织： 1025片层状片层状P+ 7590多边形多边形F。低碳铁素体低碳铁素体/ /珠光体钢超细晶强韧化与控制技术珠光体钢超细晶强韧化与控制技术 2019 2019年度国家科学技术提高一等奖年度国家科学技术提高一等奖主要主要特点特点 超细晶粒、高干净度、高均匀性。超细晶粒、高干净度、高均匀性。消费节约能源和资源，不用或少用消费节约能源和资源，不用或少用Me，改善，改善环境，环境，本钱，具有更高的经济效益。本钱，具有更高的经济效益。 如何构成微米级的超细晶是该工程的中心如何构成微米级的超细晶是该工程的中心技

10、术和难点。技术和难点。详细详细目的目的 采用形变诱导采用形变诱导F相变，可把相变，可把F晶粒细晶粒细化到化到2-5m碳钢和碳钢和12m微合微合金钢。碳钢的金钢。碳钢的s由由200MPa提高到提高到350400MPa；低合金钢由；低合金钢由350400MPa提高到提高到600700MPa。低碳铁素体/珠光体钢超细晶钢材消费工艺控制和不同的制品2.4 2.4 微珠光体低合金高强度钢微珠光体低合金高强度钢 石油、天然气开发，需求大量保送管线。油气管线石油、天然气开发，需求大量保送管线。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。用钢要求有很好的焊接性、低温韧度和强度等综合性能。保送油气

11、间隔越长，压力越大，质量要求也越高。油气保送油气间隔越长，压力越大，质量要求也越高。油气管线用钢开展为微管线用钢开展为微P P低合金高强度钢。低合金高强度钢。强化强化机理机理 对对F-P钢钢, P量每量每10%，将使，将使TK22。 油气管线用钢油气管线用钢:C, 0.1%；为保证；为保证，就必需采用其它不损害或少损害焊接性和就必需采用其它不损害或少损害焊接性和韧度的强化措施。韧度的强化措施。 析出强化和晶粒细化析出强化和晶粒细化钢性能。钢性能。Nb、V、Ti微合金化和控轧处置工艺。微合金化和控轧处置工艺。控制轧制和控制冷却技术控制轧制和控制冷却技术 高温形变热处置高温形变热处置FF大幅度晶粒

12、细化大幅度晶粒细化强度强度和韧度。和韧度。控制轧制和控制冷却的组织变化方式图控制轧制和控制冷却的组织变化方式图 图中轧制温图中轧制温度向右边降度向右边降低，上层表低，上层表示奥氏体组示奥氏体组织变化，下织变化，下层表示奥氏层表示奥氏体开场相变体开场相变后组织及后组织及F F核的构成核的构成 3 3、微合金元素的作用、微合金元素的作用 Nb Nb、V V、TiTi单元或复合是常用的，其作用主要单元或复合是常用的，其作用主要有细化晶粒组织和析出强化。微合金元素细化钢有细化晶粒组织和析出强化。微合金元素细化钢晶粒主要经过以下两种方式：晶粒主要经过以下两种方式： 1 1阻止加热时奥氏体晶粒长大阻止加热

13、时奥氏体晶粒长大 2 2抑制奥氏体形变再结晶抑制奥氏体形变再结晶 在热加工过程中，奥氏领会发生形变再结晶在热加工过程中，奥氏领会发生形变再结晶使晶粒回复粗大。但应变动态析出使晶粒回复粗大。但应变动态析出NbNb、V V、TiTi的的碳氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上起钉轧碳氮化物，沉淀在晶界、亚晶界和位错上起钉轧作用，有效地阻止奥氏体再结晶时晶界和位错的作用，有效地阻止奥氏体再结晶时晶界和位错的运动，从而抑制奥氏体形变再结晶。运动，从而抑制奥氏体形变再结晶。 2.5 2.5 针状铁素体钢针状铁素体钢 对于一些强度、焊接性、低温冲击韧性等要对于一些强度、焊接性、低温冲击韧性等要求更高的场所，还

14、必需采用针状铁素体低合金求更高的场所，还必需采用针状铁素体低合金高强度钢。高强度钢。 针状铁素体针状铁素体acicular ferrite，简写，简写AF钢实践上属于超低碳贝氏体钢。钢实践上属于超低碳贝氏体钢。 0.06C + 适量适量Mn、Mo、Nb等等 具有具有高密度位错高密度位错1010cm2亚构造的亚构造的“针状针状F组织超低碳组织超低碳B。s 达达700800MPa，低，低温冲击韧性、焊接性更好温冲击韧性、焊接性更好. 用于现场焊接条件及其冰冷地带管线。被用于现场焊接条件及其冰冷地带管线。被称为称为21世纪的控轧钢。世纪的控轧钢。根本根本特点特点2.6 2.6 低碳贝氏体和马氏体钢低

15、碳贝氏体和马氏体钢 低碳贝氏体钢是指含碳量为低碳贝氏体钢是指含碳量为0.100.15%0.100.15%，使，使用形状组织为用形状组织为B B的钢。贝氏体钢通常是在轧制空的钢。贝氏体钢通常是在轧制空冷或控制冷却，直接获得冷或控制冷却，直接获得B B组织。组织。 由于由于B B的相变强化，低碳贝氏体钢与一样含碳的相变强化，低碳贝氏体钢与一样含碳量的铁素体量的铁素体- -珠光体型钢相比，具有更高的强度和珠光体型钢相比，具有更高的强度和良好的韧度，屈服强度可达良好的韧度，屈服强度可达450980MPa .450980MPa .主要主要特点特点 合金元素是保证在较宽的冷速范合金元素是保证在较宽的冷速范

16、围内获得以贝氏体为主的组织围内获得以贝氏体为主的组织成分特点成分特点: ? 0.5%左右左右Mo + 微量微量B0.005% +Mn、Cr、Ni等等+Nb、Ti、V 主要用于制造容器的板材和其他主要用于制造容器的板材和其他钢构造。钢构造。 14MnMoV 14MnMoV和和14MnMoVBRE14MnMoVBRE钢是我国开展的钢是我国开展的低碳贝氏体钢，屈服强度为低碳贝氏体钢，屈服强度为490MPa490MPa级级低碳马氏体钢低碳马氏体钢 工程机械上相对运动部件和低温下运用部件，工程机械上相对运动部件和低温下运用部件，要求有更高的强度和良好的韧性。要求有更高的强度和良好的韧性。 0.16%C，

17、参与，参与Mo、Nb、V、B及控制及控制Mn或或Cr与之与之配合配合 淬火回火处置组织为低碳回火马氏体。淬火回火处置组织为低碳回火马氏体。 BHS-1钢的成分为钢的成分为0.10C-1.80Mn-0.45Mo-0.05Nb。锻轧后空冷或直接淬火并自回火。到达合金调质钢调质锻轧后空冷或直接淬火并自回火。到达合金调质钢调质后的性能程度。后的性能程度。 制造汽车的轮臂托架、支配杆、车轴、转向联动节和制造汽车的轮臂托架、支配杆、车轴、转向联动节和拉杆等，也可用于冷墩、冷拨及制造高强度紧固件。拉杆等，也可用于冷墩、冷拨及制造高强度紧固件。低合金高强度钢开展趋势低合金高强度钢开展趋势 低碳超低碳低碳超低碳0.06%甚至甚至0.02%高纯真化高纯真化微合金化技术微合金化技术控轧和控冷工艺控轧和控冷工艺超细晶粒化超细晶粒化自动化在线控制自动化在线控制在线消费系统在线消费系统复合微合金化复合微合金化净化钢中的有害杂质净化钢中的有害杂质组织微细化组织微细化计算机控制和性能预告计算机控制和性能预告 采用超级钢概念及技术构造的超级构造表示图采用超级钢概念及技术构造的超级构造表示图 小小 结结 在微合金化成分设计的根底上，正确的控轧和在微合金化成分设计的根底上，正确的控轧和控冷工艺是关键要素。组织变化是在控冷工艺是关键要素。组织变化是在T-t-P三元处三