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文档简介
1、工程构件用钢:用于制造各工程构件用钢:用于制造各种大型金属结构的钢材。种大型金属结构的钢材。建筑、桥梁、船舶、建筑、桥梁、船舶、 车辆、石油化工、电站、车辆、石油化工、电站、 锅炉、压力容器;锅炉、压力容器;l用量大用量大, 约占约占70;特点特点:l主要承受静载荷主要承受静载荷, 偶尔承受动载荷偶尔承受动载荷,l大气大气, 海洋环境;海洋环境;l北方地区北方地区低温低温,l锅炉锅炉高温高温,l焊接焊接, 冷压力加工;冷压力加工;性能要求性能要求:l高强度高强度, 一定塑性一定塑性, 抗过载能力抗过载能力;l耐大气腐蚀性耐大气腐蚀性, 耐海水腐蚀;耐海水腐蚀;l低的韧脆转变温度,好的韧性,低的
2、韧脆转变温度,好的韧性,l良好的焊接性良好的焊接性, 冷变形性能冷变形性能; 发展历史:发展历史:1、铆钉连接、铆钉连接, 追求高强度追求高强度, C%高高, 0.30.5%; 韧性韧性, TC 大气海水腐蚀大气海水腐蚀没顾及;没顾及;焊接优点:焊接优点:1)成形方便成形方便2)适用性强适用性强3)生产成本低生产成本低发展历史:发展历史:2、焊接技术要求、焊接技术要求降低降低C, 锰有所增加锰有所增加.3、脆性断裂事故、脆性断裂事故, 二战舰船二战舰船, AK, TC, KIC重要性,重要性,C%又降又降,出现耐大气腐蚀钢出现耐大气腐蚀钢.如如:0.3%C: TC=50, 0.1%C: TC=
3、504. 利用利用AlN细化晶粒细化晶粒, 提高强韧性提高强韧性,lYS=225300MPa, TC0以下以下,良好的焊接性良好的焊接性; l不涂漆耐大气腐蚀钢不涂漆耐大气腐蚀钢.5. NbC、VC、TiC细化晶粒细化晶粒, 进一步提高进一步提高YS;6. 控轧控冷技术控轧控冷技术, 既既细化晶粒细化晶粒, 又有又有析出强化析出强化.lYS=450525MPa, TC=-80.7. 微量微量Zr, 稀土元素稀土元素, Ca处理处理, 改变夹杂物形态改变夹杂物形态, 减少各向异性减少各向异性 ;一一. . 碳素结构钢的分类碳素结构钢的分类 又称普碳钢又称普碳钢, , 易于冶炼轧制易于冶炼轧制,
4、, 价格低廉价格低廉, , 应用极为广泛应用极为广泛. . 要求要求: : 足够强度足够强度, , 良好塑性韧性良好塑性韧性, , 易于成型、焊接易于成型、焊接. . C % 0.2 C % 0.2以下以下, , 热轧供货热轧供货, , 一般不进行热处理一般不进行热处理. . 2.1 碳素结构钢碳素结构钢低合金高强度钢低合金高强度钢碳素结构钢碳素结构钢工程构件用钢工程构件用钢国标国标GB700/T-2006, 分为四个级别;表分为四个级别;表2-1、表、表2-2. 分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢国标国标GB700-88, 分为五个级别。分为五个
5、级别。牌号牌号统一数统一数字字代号代号等级等级化化 学学 成成 分分(质量分数质量分数) /%,不大于,不大于C(碳碳)Si(硅硅)Mn(锰锰)P(磷磷)S(硫硫)脱氧脱氧方法方法Q195U11952-0.120.300.500.0350.040F、ZQ215U12152U12155AB0.150.351.200.0450.0500.045F、ZQ235U12352U12355U12358U12359ABCD0.220.200.170.170.351.400.0450.0450.0400.0350.0500.0450.0400.035F、ZF、ZZTZQ275U12752U12755U1275
6、8U12759ABCD0.240.210.200.200.351.500.0450.0450.0400.0350.0500.0450.0400.035F、ZZZTZ表表2.1 碳素结构钢的化学成分碳素结构钢的化学成分新标准新标准注意注意: YS、TS、TEL、MPa截面尺寸截面尺寸? 保证值保证值? 牌号牌号等等级级屈服强度屈服强度 /MPa,不小于,不小于抗拉抗拉强度强度/MPa断后伸长率断后伸长率 /%,不小于,不小于冲击试验冲击试验钢材厚度钢材厚度(或直径或直径) /mm钢材厚度钢材厚度(或直径或直径) /mm温度温度/V型冲型冲击功击功(纵向纵向)J不小不小于于161640406060
7、10010015015020040406060100100150150200Q19519518531543033Q215AB21520519518517516533545031302927262027Q235ABCD235225215215195185370500262524222120020-27Q275ABCD275265255245225215410540222120181720020-27表表2.2 碳素结构钢的力学性能碳素结构钢的力学性能新标准新标准碳素钢热处理可显著提高强度碳素钢热处理可显著提高强度, 塑性降低不多塑性降低不多, TC降低降低, 时效(?)时效(?)倾向减小倾向减小
8、.机理机理:1. A化,水冷,细化组织化,水冷,细化组织; 图图2-1 2. 快冷增加快冷增加P伪伪,得到部分,得到部分B甚至甚至M; 3. 加热加热, 快冷快冷, 净化晶界;净化晶界;热处理状态YSMPaTSMPaT-EL断面收缩%akJ/cm2HB热轧3095643056172162控冷5327452461153224Q275钢控冷前后的力学性能钢控冷前后的力学性能含碳较低的钢:含碳较低的钢:如如0.1%C的的Q235钢筋,热轧后穿水冷。钢筋,热轧后穿水冷。心部:较细心部:较细 F + 弥散度较大弥散度较大 P表面:表面:M (自回火自回火) 含碳较高的钢:含碳较高的钢:如如0.34%C的
9、的Q275钢控冷热处理强化。钢控冷热处理强化。870C加热加热A化,水冷至一定温度后,再空冷至室温。化,水冷至一定温度后,再空冷至室温。P量量 :由热轧态:由热轧态 50% 80%二二. 低碳钢的时效低碳钢的时效时效时效钢的性能随时间发生变化钢的性能随时间发生变化, 低碳钢存在时效现象,低碳钢存在时效现象,淬火时效淬火时效又称又称热时效热时效, 钢在钢在A1附近加热附近加热, 快冷快冷, 室温附近室温附近, 性能随时间发生变化性能随时间发生变化.如如: 焊接钢板焊接钢板, 三月后三月后, 焊缝焊缝AK = 91J/cm2 33J/cm2 . 低温下使用时低温下使用时, 影响更显著影响更显著.
10、淬火时效淬火时效应变时效应变时效原因原因:C C、N N过饱过饱, , 放置中放置中C C、N N向晶界、晶内缺陷扩散向晶界、晶内缺陷扩散, , 聚集聚集, , 阻碍位错运动阻碍位错运动, , YS YS、HBHB增大增大, , 塑性塑性, ,韧性降低韧性降低. . 与低温回火相似与低温回火相似, , 随时效温度提高随时效温度提高, , 先形成亚稳先形成亚稳C C化物和化物和N N化物化物, , 后形成稳定后形成稳定Fe3CFe3C、Fe4N Fe4N HB HB显著下降显著下降, , 如如图图2.22.2所示所示过时效;过时效;AlAl、TiTi、NbNNbN结合结合 AlNAlN、M(C,
11、 N)M(C, N),可消除,可消除N N影响影响. . 应变时效应变时效冷塑性变形后冷塑性变形后, 性能随时间变化性能随时间变化.例如例如: 锅炉钢板锅炉钢板, 冷塑性变形冷塑性变形, AK120J/cm2 , 10天后,降到天后,降到35J/cm2 . 图图2-3原因原因冷塑变使冷塑变使C、N在在-Fe溶解度溶解度,位错密度位错密度 C、N扩散聚集扩散聚集位错气团位错气团, HB增加;增加;N影响比影响比C大大, 室温下室温下N溶解度高溶解度高, 其其RN=0.071nm比比C小小(0.077nm), 扩散速度快扩散速度快,低碳钢屈服现象:?低碳钢屈服现象:? 屈服平台屈服平台 锯齿屈服锯
12、齿屈服现象现象, 滑移带滑移带, 即吕德斯带即吕德斯带, 破坏表面质量破坏表面质量. l冲压冷轧板,冷轧后再结晶退火冲压冷轧板,冷轧后再结晶退火, 消除加工硬化消除加工硬化, 再经小变形量精轧可消除再经小变形量精轧可消除屈服平台屈服平台和和 锯齿屈服锯齿屈服现象现象, 无屈服点无屈服点, 适合深冲成型适合深冲成型.l发生应变时效时发生应变时效时, 锯齿屈服平台又重现锯齿屈服平台又重现, 冲压表面冲压表面滑移带滑移带, 即吕德斯带即吕德斯带, 破坏表面质量破坏表面质量. l所以需及时冲压所以需及时冲压, 不超过不超过1周周.l开发了开发了无时效倾向钢无时效倾向钢, 如如08Al、06Ti、08V
13、等等, 汽车业应用汽车业应用. 2.2 低合金高强度钢低合金高强度钢 High Strength Low Alloy Steel, 简称简称HSLA钢钢.l其冶炼和轧制简单,与碳素结构钢相近。其冶炼和轧制简单,与碳素结构钢相近。lYS比碳钢高比碳钢高50%100%,l减轻钢结构重量,节省钢材。减轻钢结构重量,节省钢材。l合金元素少,价格便宜,工农业中广泛应用。合金元素少,价格便宜,工农业中广泛应用。一一. 对对HSLA钢的性能要求钢的性能要求 按按YS每增加每增加50MPa为一个级别为一个级别,300、350、400、450、500、550650MPa 显微组织显微组织:(1) FP, 大部分
14、属此类大部分属此类, YS300450MPa.(2) FMA, 要求强度和成型性能要求强度和成型性能,l YS较低较低 350MPa.(3) 低碳低碳B, YS500650MPa.(4) 针状针状F组织组织, 属低碳属低碳B类类.(5) 淬火回火组织淬火回火组织, YS650800MPa. 屈强比屈强比s /b: 屈强比越高屈强比越高, 越能发挥钢的潜力越能发挥钢的潜力, 但不能过高但不能过高, 会降低安全可靠性会降低安全可靠性, 合适的合适的0.650.75疲劳强度:疲劳强度: 一般不低于一般不低于250MPa;韧脆转变温度:韧脆转变温度:TC30左右左右;延伸率:延伸率:不小于不小于21%
15、纵向冲击韧性纵向冲击韧性大于大于80J/cm2 ,横向横向大于大于60J/cm2.良好良好工艺性能工艺性能:焊接性、冷成型性:焊接性、冷成型性;良好良好耐大气腐蚀耐大气腐蚀性性;贵重合金元素少贵重合金元素少低成本低成本. 二二.合金元素的作用和影响合金元素的作用和影响1.对力学性能的影响对力学性能的影响强化机制强化机制: (1) F固溶强化固溶强化; (2) P增加增加; (3) 晶粒细化晶粒细化; (4) 碳氮化物析出强化碳氮化物析出强化; (5) 位错强化位错强化(也即热处理强化也即热处理强化).图图2-4P强化显著强化显著, 有冷脆有冷脆,一般不超过一般不超过0.15%Si、Mn强化显著
16、强化显著,价格便宜价格便宜,常用。常用。Ni,Mo,W,Cr,Cu,Co资源资源, 价格问题价格问题,一般不用;一般不用;要考虑脆性转变要考虑脆性转变温度的影响温度的影响, 图图2-5lMn降低降低TC 能细化晶粒能细化晶粒, 不超过不超过1.8%;lSi升高升高TC, 含量要适当含量要适当, 1.10%以下以下lC降低韧性降低韧性, 0.1%时时, TC50左右左右.lHSLA钢的基本成分应是:钢的基本成分应是: 低碳、稍高的锰、适量的硅低碳、稍高的锰、适量的硅. . 图图2-6Nb,Ti,V对晶粒度影响对晶粒度影响lAl既细化晶粒既细化晶粒, 又去除又去除N (形成形成AlN). 图图2.
17、7 Nb,Ti,V推迟再结晶推迟再结晶 另外,另外,Al,Nb,Ti,V形成的细小的碳、氮化形成的细小的碳、氮化物起弥散强化作用。物起弥散强化作用。低碳贝氏体组织钢低碳贝氏体组织钢0.5%Mo-贝氏体贝氏体钢钢l含含0.3%Mo以上,推迟以上,推迟P转变。转变。l微量微量B阻止多边形阻止多边形F析出,空冷时得析出,空冷时得贝氏体贝氏体组织组织.例如:例如:0.15%C0.5%Mo0.0055%B正火得正火得贝氏贝氏体组织,体组织, YS472MPa, TS630MPa 再加再加1.5%Mn,Cr, 空冷后空冷后 YS910MPa, TS1170MPa低碳低合金钢淬火回火低碳低合金钢淬火回火=回
18、火回火S, 可提高强度。可提高强度。l难点难点:薄材淬火变形;厚板淬透性不足;薄材淬火变形;厚板淬透性不足;2.对焊接性的影响对焊接性的影响焊接性焊接性:系指系指l 焊接时对缺陷的敏感性焊接时对缺陷的敏感性 不产生裂纹及各种缺陷不产生裂纹及各种缺陷; l 焊接接头可靠性焊缝有足够的强度和韧性焊接接头可靠性焊缝有足够的强度和韧性.焊接冶金特点焊接冶金特点焊接熔池微型冶金炉焊接熔池微型冶金炉n 冶金温度高:冶金温度高:碳钢、低合金钢碳钢、低合金钢 其熔滴平均温度其熔滴平均温度2300 , 熔池温度熔池温度1600 以上,以上, 高于一般的冶金温度。高于一般的冶金温度。 合金元素容易烧损、蒸发合金元
19、素容易烧损、蒸发n冶金过程短冶金过程短:焊接时,:焊接时,焊接熔池体积小焊接熔池体积小(一般一般23cm3), 冷却速度快冷却速度快(熔池周围是冷金属熔池周围是冷金属), 液态停留时间短液态停留时间短(熔池形成熔池形成凝固约凝固约10s), 各种反应无法达到平衡状态,各种反应无法达到平衡状态, 焊缝中化学成分不均匀。焊缝中化学成分不均匀。l冶金条件差冶金条件差。l图图2-8、图、图2-9、见表见表2.4焊缝、热影响区焊缝、热影响区受加热、熔化、结晶、冷却、固态相变;受加热、熔化、结晶、冷却、固态相变; 应力、应变影响;应力、应变影响;以前以前, 焊接钢材低碳钢焊接钢材低碳钢, 焊缝质量是关键焊
20、缝质量是关键, 焊缝不出现问题焊缝不出现问题, 热影响区不会有问题热影响区不会有问题.现在现在低合金高强度钢低合金高强度钢, 热影响区对焊接质量热影响区对焊接质量 有影响,且比焊缝更复杂有影响,且比焊缝更复杂. 热影响区热影响区(Heat Affected Zone) 温度温度A3以上以上, 焊后冷却易形成焊后冷却易形成M. C越高越高, 提高淬透性提高淬透性Me越多,越多, 硬化与脆化越显著,易产生裂纹硬化与脆化越显著,易产生裂纹. 碳当量:碳当量:国际焊接协会国际焊接协会, 用来评定焊接性;用来评定焊接性; 碳当量碳当量=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 碳当量越
21、低碳当量越低, 焊接性能越好焊接性能越好.l0.35%以下以下, 焊接性能最好焊接性能最好;l0.40.5%, 焊接困难焊接困难, 焊前预热焊前预热100200, 焊后热处理焊后热处理; l0.6%时时, 必须预热必须预热, 焊接中保温焊接中保温200400, 焊后立即正火焊后立即正火. 对含碳量低的低合金钢(对含碳量低的低合金钢(0.070,22%C),),推荐用推荐用“ “焊接裂纹敏感组成公式焊接裂纹敏感组成公式” ”:P32lPcm在在0.2以下以下, 由氢诱发裂纹可降低到最小值由氢诱发裂纹可降低到最小值. 3.对耐大气腐蚀性的影响对耐大气腐蚀性的影响大气腐蚀大气腐蚀由大气中氧和水化学或
22、电化学作用由大气中氧和水化学或电化学作用 而引起腐蚀而引起腐蚀. 约占金属腐蚀损耗的约占金属腐蚀损耗的50.空气中的水汽在钢表面凝结成水空气中的水汽在钢表面凝结成水, 或在钢表面的缝隙、氧化物、腐蚀产物、或在钢表面的缝隙、氧化物、腐蚀产物、 灰尘处结露,毛细管凝聚作用灰尘处结露,毛细管凝聚作用, 大气中大气中CO2, SO2, NO2, 盐类盐类 溶入钢表面水膜中溶入钢表面水膜中, 形成电解液形成电解液, 发生电化学腐蚀发生电化学腐蚀. 湿度越大湿度越大,灰尘含量越多灰尘含量越多, 腐蚀加速腐蚀加速. 工业区大气工业区大气有碳、碳化合物、硫酸、硫酸氨、有碳、碳化合物、硫酸、硫酸氨、 盐类的微粒
23、盐类的微粒, 沿海地区大气沿海地区大气有有NaCl微粒微粒, 使腐蚀更加严重使腐蚀更加严重.l全世界每年因腐蚀而报废的钢铁,全世界每年因腐蚀而报废的钢铁, 相当于全球钢铁产量的相当于全球钢铁产量的1/10l发达国家统计,每年因金属腐蚀造成的发达国家统计,每年因金属腐蚀造成的 跑、冒、滴、漏、停产、环境污染等的跑、冒、滴、漏、停产、环境污染等的 经济损失,约占国民总产值的经济损失,约占国民总产值的24。l我国对钢结构的防腐用油漆,寿命我国对钢结构的防腐用油漆,寿命 一般为一般为23年,短的年,短的1年,须频繁维修。年,须频繁维修。l某油库,因某油库,因管道腐蚀穿孔管道腐蚀穿孔, 几百吨精制油全部
24、流入地下,造成环境污染。几百吨精制油全部流入地下,造成环境污染。l长江长江葛洲坝船闸葛洲坝船闸钢结构,用油漆防腐,钢结构,用油漆防腐, 23年大修一次,每次停航年大修一次,每次停航60天。天。l一一沿海的石化工厂沿海的石化工厂, 受海洋大气和石化气体的腐蚀,受海洋大气和石化气体的腐蚀, 每年消耗油漆每年消耗油漆500t,维修费,维修费8千万元。千万元。加少量加少量Cu、P、Cr、Ni、Mo、Al, 可提高耐大气腐蚀性可提高耐大气腐蚀性, 其中其中Cu、P最有效最有效. 图图2-11Cu从从0.025%始始,至至0.25%为止,为止,再高效果不大;再高效果不大;机理机理有二有二一是一是Cu促进阳
25、极钝化论促进阳极钝化论,二是二是Cu富集表面说富集表面说.lCu产生沉淀强化产生沉淀强化lP有耐大气腐蚀性有耐大气腐蚀性, 一定的耐海水腐蚀性能一定的耐海水腐蚀性能, 还有固溶强化还有固溶强化, 一般一般0.060.15%P, 为减轻为减轻P冷脆性和时效倾向冷脆性和时效倾向,用用Al脱氧细化晶粒脱氧细化晶粒. lCr, Ni可提高耐大气腐蚀性可提高耐大气腐蚀性. 同时加入几种元素特别有效同时加入几种元素特别有效, 如如Cu-Cr或或Cr-Ni-Cu,lP-Cu耐大气腐蚀的效果最佳耐大气腐蚀的效果最佳. 海水中海水中, Me对耐海水腐蚀性作用较小对耐海水腐蚀性作用较小,l如含如含Cu钢与碳钢比钢
26、与碳钢比, 并没有显著优点并没有显著优点, 由于氯离子破坏了金属的钝化由于氯离子破坏了金属的钝化.l研究表明研究表明Cr-Al或或Cr-Mo-Cu系的系的 耐海水腐蚀性耐海水腐蚀性较好较好; 钢腐蚀速度受阴极过程的控制钢腐蚀速度受阴极过程的控制, 海水腐蚀的环境因素十分复杂海水腐蚀的环境因素十分复杂.l海水盐度直接影响海水盐度直接影响电导率电导率,决定腐蚀速度决定腐蚀速度l海水:天然电解质海水:天然电解质, 氯化物氯化物88.7%, 硫酸盐硫酸盐10.8%, 一般盐度一般盐度(1000克海水溶解固体物质的总克数克海水溶解固体物质的总克数) 为为3.23.75%.l再加再加氯离子氯离子破坏金属钝
27、化,海水中破坏金属钝化,海水中生物、泥砂、生物、泥砂、 气体、腐败的有机物气体、腐败的有机物等等, 使钢严重的腐蚀使钢严重的腐蚀.l采用合金化途径来改善耐海水腐蚀性较困难采用合金化途径来改善耐海水腐蚀性较困难, ,另一方面通过氧化膜的致密化另一方面通过氧化膜的致密化, 使油漆附着力加强使油漆附着力加强, 间接提高耐海水腐蚀性能间接提高耐海水腐蚀性能. 两者结合两者结合, 耐蚀效果显著耐蚀效果显著. 低合金高强度钢中合金元素的作用低合金高强度钢中合金元素的作用l力学性能力学性能l焊接性能焊接性能l耐腐蚀性能耐腐蚀性能低合金高强度钢的合金元素的作用:低合金高强度钢的合金元素的作用:P33-2P33
28、-2三三. 低合金高强度钢的冶金问题低合金高强度钢的冶金问题1. 冶炼工艺冶炼工艺冶炼工艺和最终脱氧对钢的性能影响很大冶炼工艺和最终脱氧对钢的性能影响很大,lN是应变时效的主要原因是应变时效的主要原因. 用铝固定氮用铝固定氮,形成形成AlN. 氧气吹炼技术氧气吹炼技术,使使N0.0010.002%,l炉外精炼技术炉外精炼技术, 脱气、脱硫脱气、脱硫, 降低气体含量和硫含量降低气体含量和硫含量, l例如中间罐冶金、真空处理、例如中间罐冶金、真空处理、 钢包吹氩、喷射冶金等钢包吹氩、喷射冶金等. 2. 控制轧制与控制冷控制轧制与控制冷却却热轧热轧 再结晶温度以上轧再结晶温度以上轧制制;控制轧制控制
29、轧制 工艺两种:工艺两种:传统的控制轧制传统的控制轧制再结晶控制轧制再结晶控制轧制传统的传统的控制轧制控制轧制 三个阶段三个阶段, 图图2-12(1)高温再结晶高温再结晶温度下的变形温度下的变形,l使粗大使粗大A晶粒,晶粒,多次变形和再结晶多次变形和再结晶细化晶粒细化晶粒. 但由但由A转变而来转变而来F 其晶粒还较粗大其晶粒还较粗大.(2)低温无再结晶区低温无再结晶区的变形的变形, 在在Ar3 以以上温度变形上温度变形,l在伸长而在伸长而未再结未再结晶晶A晶内,形成晶内,形成变变形带形带, F在变形带和在变形带和奥氏体晶界上形核奥氏体晶界上形核,形成晶粒细小的形成晶粒细小的F组织组织.(3)
30、A-F两相区变形两相区变形,此时此时F也发生变形也发生变形,产生位错亚结构产生位错亚结构. 在随后冷却中在随后冷却中,未再结晶的未再结晶的A转变转变为等轴的为等轴的F晶粒晶粒,F中的亚结构得以中的亚结构得以保留保留. 热轧与传统控轧的差别热轧与传统控轧的差别:l热轧热轧F在在A晶界形核晶界形核; l控制轧制控制轧制F形核还发生在形核还发生在 奥氏体晶内奥氏体晶内(的变形带的变形带). F在变形带和在在变形带和在A晶界上形核是等效的晶界上形核是等效的. 传统控制轧制工艺传统控制轧制工艺:l常用规范常用规范: 粗轧粗轧-待温待温-终轧终轧工艺工艺, 在高温快速再结在高温快速再结晶区内轧制几道后晶区
31、内轧制几道后, 等待温度下降到无再结晶区的等待温度下降到无再结晶区的范围内范围内,再进行终轧再进行终轧. l缺点:缺点:终轧温度较低,钢的强度因温度降低而升高,终轧温度较低,钢的强度因温度降低而升高,轧制时变形抗力大,必须有高功率的强力轧机才能轧制时变形抗力大,必须有高功率的强力轧机才能实现。实现。钢含钢含Ti:0.010.02%,凝固冷却时从奥氏体中析出非常,凝固冷却时从奥氏体中析出非常弥散的弥散的TiN,抑制高温变形后,抑制高温变形后A晶粒的长大;晶粒的长大;反复多道次变形和再结晶后,反复多道次变形和再结晶后,A晶粒得到细化;晶粒得到细化;在终轧温度高于在终轧温度高于950C的情况下,无的
32、情况下,无V(C,N)的析出。的析出。 而而V(C,N)在低温下析出,产生沉淀强化。在低温下析出,产生沉淀强化。V-Ti-N钢就是为钢就是为再结晶控轧再结晶控轧工艺而研制的一种钢。可工艺而研制的一种钢。可得极细小得极细小F+P;细小;细小TiN阻碍焊接时热影响区晶粒的阻碍焊接时热影响区晶粒的长大,极大改善热影响区韧性。长大,极大改善热影响区韧性。适合低功率轧机。适合低功率轧机。再结晶控轧工艺:再结晶控轧工艺: 是以是以TiN为奥氏体晶粒粗化的障碍物,以为奥氏体晶粒粗化的障碍物,以V(C,N)为沉为沉淀强化相。淀强化相。表表2-52-5合金化的基本特点合金化的基本特点: :l以以MnMn为主为主
33、, , 基本上不加基本上不加CrCr、Ni;Ni;l微合金元素:微合金元素:V V、TiTi、MoMo、NbNb、B;B;l加入少量加入少量P P提高耐大气腐蚀性提高耐大气腐蚀性; ;l加入微量稀土元素加入微量稀土元素, , 脱硫脱硫, , 去气去气, , 消除有害杂质消除有害杂质, , 改善夹杂物形态与分改善夹杂物形态与分布布. . 四四. 我国的低合金高强度钢我国的低合金高强度钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢l普通结构钢普通结构钢 Q195Q195、215215、235235、275275l新标准新标准 GB/T1591GB/T159119199494: Q295Q295、Q345Q
34、345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460(1)Q295(1)Q295钢钢12Mn12Mn典型钢种典型钢种. . l综合力学性能好综合力学性能好, , 生产工艺简单生产工艺简单. .l可用于船舶、容器、油罐和其它金属结构可用于船舶、容器、油罐和其它金属结构. .l450450以下以下, YS, YS200200210MPa, 210MPa, 多用于制造中多用于制造中低压锅炉低压锅炉. .09MnNb09MnNbl由由09Mn209Mn2而来而来, , 少量少量Nb(0.01Nb(0.010.05%)0.05%)l代替部分代替部分Mn, Mn, 细化晶粒细化晶粒, NbC, N
35、bC还有析出强化还有析出强化l多用于桥梁、车辆和船舶多用于桥梁、车辆和船舶. . (2)Q345Q345钢钢16Mn典型钢种典型钢种Q345钢钢l有良好综合力学性能和焊接性有良好综合力学性能和焊接性.lYS比比Q235高高50%,节约钢材节约钢材2030%.l多用船舶、车辆、大型容器、大型钢结构等多用船舶、车辆、大型容器、大型钢结构等.12MnPREl加少量加少量P(0.070.12%), 提高耐大气腐蚀性提高耐大气腐蚀性,l并有固溶强化作用并有固溶强化作用.lRE可去除有害杂质可去除有害杂质,改善夹杂物的形态和分布改善夹杂物的形态和分布,降降低冷脆性低冷脆性. l用于化工容器和建筑结构用于化
36、工容器和建筑结构. (3)Q390(3)Q39016MnNb16MnNbl与与16Mn16Mn比比, ,降低降低MnMn, Nb, Nb强化作用强化作用, ,lYSYS比比16Mn16Mn钢高一个级别钢高一个级别. . l综合力学性能和焊接性均较好综合力学性能和焊接性均较好, , 多用于大型结构和起重机械多用于大型结构和起重机械. .10MnPNbRE10MnPNbRElNbNb和和P P的强化作用的强化作用, C, C可低一些可低一些. .lP P提高耐大气腐蚀性提高耐大气腐蚀性, ,lRERE有净化钢材的作用有净化钢材的作用, , 多用于造船、港口建筑结构、石油井架等。多用于造船、港口建筑
37、结构、石油井架等。(4) Q420(4) Q420钢钢14MnVTiRE14MnVTiREl加入加入V V、TiTi使强度进一步提高使强度进一步提高. .l正火后使用正火后使用, TS, TS550550685MPa, T685MPa, TEL20%,EL20%,lA AK K34J34J(4040)l综合力学性能和焊接性良好,大型船舶和水面综合力学性能和焊接性良好,大型船舶和水面舰艇舰艇. .15MnVN15MnVN lV V、N N细化晶粒细化晶粒, , 析出强化析出强化, ,l常用于大型桥梁、锅炉、车辆等常用于大型桥梁、锅炉、车辆等. . 50年代造武汉长江大桥年代造武汉长江大桥 用普通
38、钢用普通钢Q235,跨度,跨度128m;60年代南京长江大桥年代南京长江大桥 16Mn钢钢Q345(节约钢材节约钢材15%) 跨度跨度160m90年代九江大桥年代九江大桥 15MnVN (Q420)(节约钢材节约钢材20%) 跨度跨度216m(5)Q460(5)Q460钢钢14MnMoVBRE14MnMoVBREl加加MoMo、B, CB, C曲线上部曲线上部P P转变曲线右移转变曲线右移, , C C曲线下部曲线下部B B转变曲线不动转变曲线不动. . l正火大量正火大量B, B, 强度高强度高. .lR RE E净化钢材净化钢材, ,且表面氧化膜致密且表面氧化膜致密, , 有一定耐热性有一
39、定耐热性, , 500 500以下使用以下使用. .l多用于石油、化工的中温高压容器多用于石油、化工的中温高压容器. .18MnMoNb18MnMoNb经正火经正火+ +高温回火或调质高温回火或调质, ,l高强度高强度, , 综合力学性能和焊接性好综合力学性能和焊接性好, ,l使用温度使用温度500500以下;以下; 14CrMnMoVB14CrMnMoVB s = 650MPas = 650MPal加加0.90.91.3%Cr, 1.3%Cr, 正火低碳正火低碳B Bl强、韧、焊均能满足要求。强、韧、焊均能满足要求。l多用于高温中压容器,使用温度在多用于高温中压容器,使用温度在4004005
40、60560之间。之间。应用实例应用实例l船体钢板船体钢板:l用屈服强度用屈服强度400MPa高强钢板代替普通船板,高强钢板代替普通船板, 重量可减少重量可减少25%, 船板用钢已使用船板用钢已使用360MPa、400MPa级钢板,级钢板, 一些特殊船舶使用一些特殊船舶使用590780MPa级钢板,级钢板,l海洋石油平台海洋石油平台l工作环境恶劣,无法躲避风浪,工作环境恶劣,无法躲避风浪, 服役时间长达服役时间长达1520年,年, 采用采用80150mm厚,厚, 屈服强度屈服强度360、400、690MPa钢板,钢板,l桥梁用钢桥梁用钢:lQ345q、Q390q、Q420q,l南京大胜关长江大桥,用南京大胜关长江大桥,用Q420q高强度高强度钢。钢。南京大胜关长江大桥,用南京大胜关长江大桥,用Q420q高强度钢,高强度钢,主跨主跨2336M连拱,跨度堪称连拱,跨度堪称“世界之最世界之最”。五五. 具有特殊用途和特定组织的低合金高强具有特殊用途和特定组织的低合金高强度钢度钢 除强、韧外,还对焊接、深冲、耐候
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