工程构件用合金结构钢ppt课件

1、Chapter 2 工程构件用合金构造钢.Chapter 2 工程构件用合金构造钢主要内容第一节 低合金高强度构造钢第二节 微合金化钢第三节 低碳贝氏体型钢 针状铁素体型钢 铁素体-马氏体双相钢第四节 新一代钢铁资料.重点与难点：工程构造件用钢的力学性能特点、耐大气腐蚀性及微量合金元素的作用。 Chapter 2 工程构件用合金构造钢教学要求根本要求：了解工程构造件用钢的力学性能特点、耐大气腐蚀性及加工工艺性能；熟习常用碳素构件用钢和低合金构件用钢。.一、运用背景工程构件用合金构造钢是在普通碳素构造钢的根底上开展起来的，主要用于制造各种大型金属构造如桥梁、船舶、屋架、锅炉及压力容器等的钢材。

2、2.0 引 言Chapter 2 工程构件用合金构造钢.二、工程构件的服役特点不作相对运动，长期接受静载荷作用；有一定的运用温度和环境要求：如冰冷的北方，构件在承载的同时，还要长期经受低温的作用；桥梁或船舶那么长期经受大气或海水的浸蚀；电站锅炉构件的运用温度那么可到达250以上。2.0 引言Chapter 2 工程构件用合金构造钢.三、力学性能要求一是弹性模量大，以保证构件有更好的刚度；二是有足够的抗塑性变形及抗破断的才干，即s和b较高，而和较好；三是缺口敏感性及冷脆倾向性较小等；四是要求具有一定的耐大气腐蚀及海水腐蚀性能。2.0 引言Chapter 2 工程构件用合金构造钢.四、工艺性能要求

3、良好的冷变形性能；良好的焊接性能。 2.0 引言Chapter 2 工程构件用合金构造钢力学性能为辅工艺性能为主.五、成分设计要求低碳wC%0.25%；参与适量的合金元素提高强度:(1)当合金元素含量较低时，如低合金高强度构造钢和微合金化钢，其基体组织是大量的铁素体和少量的珠光体；(2)当合金元素中含量较多时，基体组织可变为贝氏体、针状铁素体或马氏体组织。2.0 引言Chapter 2 工程构件用合金构造钢.六、供货形状大部分构件通常是在热轧空冷正火形状下运用；有时也在回火形状下运用。2.0 引言Chapter 2 工程构件用合金构造钢鞍钢1700精轧机组现场图 . 2.1 低合金高强度构造钢

4、 一、低合金高强度构造钢也称为普通低合金钢简称普低钢，这类钢是为了顺应大型工程构造如大型桥梁、大型压力容器及大型船舶等、减轻构造分量、提高运用的可靠性及节约钢材的需求而开展起来的。 2.0 引言Chapter 2 工程构件用合金构造钢.二、普通低合金高强度构造钢的化学成分特点1低碳，这类钢中碳的质量分数普通小于0.2%，主要是为了获得较好的塑性、韧性、焊接性能。2主加合金元素主要是Mn，很少加Cr和Ni，是经济性能较好的钢种。2.1 低合金高强度构造钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.Mn能细化珠光体和铁素体晶粒；Mn的含量在1%1.5%范围内可促进铁素体在形变时发生交滑移，使112

5、111滑移系在低温下仍其作用，同时，锰还使三次渗碳体难于在铁素体晶界析出，减少了晶界的裂纹源，这也将改善钢的冲击韧性；Mn的参与还可使Fe-Fe3C相图中的S点左移，使基体中珠光体数量增多，致使强度不断提高。 2.1 低合金高强度构造钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.3辅加合金元素Al、V、Ti、Nb等，既可产生沉淀强化作用，还可细化晶粒，从而使强韧性得以改善。4参与一定量的Cu和P，改善这类钢的耐大气腐蚀性能。Cu元素堆积在钢的外表，具有正电位，成为附加阴极，使钢在很小的阳极电流下到达钝化形状。P在钢中可以起固溶强化的作用，也可以提高耐蚀性能；Ni和Cr都能促进钢的钝化，减少电化

6、学腐蚀；参与微量的稀土金属也有良好的效果。2.1 低合金高强度构造钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.5参与微量稀土元素可以脱硫去气，净化钢材，并改善夹杂物的形状与分布，从而改善钢的力学性能和工艺性能。 2.1 低合金高强度构造钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢总之，普通低合金高强度构造钢合金化的思绪是：低碳，以Mn为根底，适当参与Al、V、Ti、Nb、Cu、P及稀土等合金元素。.我国低合金高强度构造钢的牌号是按屈服强度的高低来分类的，共5个级别，21个钢种。我国低合金高强度构造钢的化学成分、力学性能和特性及用途分别如表2-1、表2-3所示。 2.1 低合金高强度构造钢 C

7、hapter 2 工程构件用合金构造钢.一、微合金化钢是70年代在低合金高强度构造钢根底上开展起来的一大类高强度低合金钢。其化学成分特点是参与适量的微合金化合金元素，如钛、铌、钒等；其工艺特点是运用控制轧制和控制冷却消费工艺。经过化学成分和制备工艺的最正确配合到达了铁素体型钢的最正确强化效果，即细化晶粒强化和沉淀强化的最正确组合。 2.2 微合金化钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.二、微量合金元素钛、铌、钒等的作用1.抑制奥氏体形变再结晶在热加工过程中，经过固溶、偏聚在奥氏体晶界、应变诱导析出氮化物，阻止了奥氏体再结晶的晶界和位错运动，从而抑制再结晶过程的进展。2.2 微合金化钢 C

8、hapter 2 工程构件用合金构造钢.图2-1 Nb、V和Ti对再结晶临界温度的影响强弱延缓奥氏体再结晶才干Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.2 微合金化钢 .2.阻止奥氏体晶粒的长大经过参与钛和铌构成TiN或Nb(C,N)，它们在高温下非常稳定，其弥散分布对控制高温下的晶粒长大有剧烈的抑制造用。微量铌w0.06%构成的Nb(C,N) 阻止奥氏体晶粒长大作用可达1150；微量钛w0.02%以TiN从高温固态钢中析出，呈弥散分布，对阻止奥氏体晶粒长大很有效。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢图2-

9、2 Nb、V和Ti对正火态低合金钢晶粒度的影响细化晶粒的作用强弱.3.构成沉淀相促进沉淀强化作用钛和铌的碳化物和氮化物有足够低的固溶度和高的稳定性。钒只需在氮化物中才这样。普通微合金化钢中的沉淀强化相主要是低温下析出的Nb(C,N)和VC。当w(Nb)0.04%时，其细化晶粒对屈服强度的奉献大于沉淀强化的作用；当w(Nb)0.04%时，其沉淀强化作用对屈服强度的奉献大于细化晶粒的作用。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.微合金化元素钒的沉淀强化对屈服强度的作用最大，而钛的作用途于铌和钒之间。图2-3 微合金元素对钢屈服强度的影响G细化晶粒强化的奉献； ph沉淀强化的奉

10、献 Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.2 微合金化钢 .4.改善钢的显微组织钛、钒、铌等合金碳化物和氮化物随奥氏体化温度的升高有一定的溶解量，溶于奥氏体的微合金化元素提高了过冷奥氏体的稳定性，降低了发生先共析铁素体和珠光体的温度范围，低温下构成的先共析铁素体和珠光体组织更细小，并使相间沉淀Nb(C,N)和V(C,N)的粒子更细小。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.三、控制轧制与控制冷却钢材的热轧工艺如钢坯的加热温度、保温时间、开轧温度

11、、轧制道次和道次变形量、终轧温度以及轧后冷却等参数对钢材的力学性能有重要影响。由于在普低钢中参与微量的Nb、V等合金元素可以产生显著的沉淀强化效应，但同时也使钢的冷脆性倾向增大。所以要消费强韧性钢还必需采取相应的韧化措施，即采用控制轧制和控制冷却工艺来细化铁素体晶粒。 2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.1.控制轧制是将参与微合金化元素的普低钢加热到高温12500进展轧制，但必需将终轧温度控制在Ar3附近。控制轧制本质上是形变热处置的一种派生方式，其主要目的是细化晶粒组织，从而提高热轧钢的强韧性。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.在高于12

12、00时，一方面，钢中的铌、钛的碳氮化物部分溶解于奥氏体，以便在随后的轧制过程中析出，起抑制再结晶和控制奥氏体晶粒长大的作用；在轧制终了的冷却过程中，又有部分弥散的碳化物析出起沉淀强化作用。另一方面，未溶的铌、钛的碳氮化物起阻止钢坯的奥氏体晶粒过渡长大的作用。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.控制轧制通常由三个阶段组成：第一阶段是高温下的再结晶区变形；第二阶段是在紧靠Ar3以上的低温无再结晶区变形；第三阶段是在奥氏体-铁素体两相区变形。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.图2-6 控制轧制三个阶段及每个阶段变形时显微组织的变化表示图Chapt

13、er 2 工程构件用合金构造钢2.2 微合金化钢 .常规热轧和控制轧制之间的差别在于常规热轧的铁素体形核只在A晶界上构成；控制轧制的奥氏体晶粒被形变带划分为几个部分，使得铁素体形核不仅发生在奥氏体晶界上，而且还在奥氏体的晶内。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.假设将普通热轧与控制轧制比较，可以发现它们与正火与淬火之间的关系:类似:在控制轧制和淬火钢中，奥氏体晶粒被分割为几部分，从而构成非常细小的晶粒组织。区别:控制轧制和淬火分割奥氏体晶粒的区别在于，控制轧制是依托变形带，淬火是依托马氏体相变。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.控制轧制通常

14、有两种工艺：传统的控制轧制，即当控制轧制是在低于再结晶终止温度时变形，此时已变形的奥氏体或发生再结晶但晶粒来不及长大，或者仅到达回复形状未发生再结晶，奥氏体在形变道次时间终了时，实践上仍坚持加工形状的薄饼形晶粒。随后经过控制冷却使得铁素体在奥氏体晶界和晶内滑移带上多处形核得到极细小的铁素体晶粒。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.微合金化元素的作用是为了在热加工时应变诱导析出，妨碍奥氏体再结晶，升高奥氏体的再结晶温度。只需Nb(C,N)是最理想的应变诱导析出相；TiN由于沉淀温度太高，不能成为应变诱导析出相；而VN和VC沉淀的温度太低，不能用来抑制奥氏体再结晶，只能用

15、作沉淀强化相。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.传统的控制轧制工艺的缺陷是终轧温度较低，普通要低于900，此时钢的强度因温度降低而升高，轧制时变形抗力增大，必需有高功率的强力轧机才干实现这种工艺。 2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.再结晶控制轧制，即当控制轧制是在高于再结晶终止温度时变形，此时奥氏体要发生再结晶，因此必需抑制热变形后再结晶奥氏体的粗化和防止应变诱导析出。微合金化元素的作用参与钛使钢在液凝后的冷却过程中析出稳定弥散的TiN质点，可抑制经反复形变再结晶细化的奥氏体晶粒长大，当反复多道次形变和再结晶后，奥氏体晶粒得到细化。 2.

16、2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.由于终轧温度高高于950，形变不能诱导V(C,N)相产生，所以不能妨碍奥氏体再结晶，参与微合金化元素钒只作为低温析出的沉淀强化相。由此开展了高于再结晶温度控轧的V-Ti-N钢。这种钢可以经过控制轧制得到极细小的铁素体晶粒和珠光体团。再结晶控制轧制工艺的优点是特别适宜在不能进展低温轧制的低功率轧机上实施，或者在锻造时运用。 2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.2.控制冷却工艺对获得细小的铁素体晶粒和沉淀强化相极为重要。对于截面较厚的钢材，冷却速度过慢时，对于截面较厚的钢材，析出的先共析铁素体将长大，珠光体团和片层

17、也粗化，这就降低了钢的强度和韧性；对于微合金化钢，冷却速度过慢时，发生相间沉淀的温度较高，沉淀相过于粗大，减弱了沉淀强化效应。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.根据钢材截面的厚度不同，控制冷却可以采用强迫风冷、喷雾、喷水等措施来控制冷却速度。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.冷却速度过快时，钢的塑性和韧性又较差。所以，在连轧钢板消费过程中，控制钢板的卷取温度也很重要，卷取温度普通控制在600650，使钢板在600以下冷却速度减慢，以便改善钢材的塑性和韧性。2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.控制轧制和控制冷却的主

18、要工艺参数选择适宜的加热温度，以获得细小而均匀的奥氏体晶粒；选择适当的轧制道次和每道的压轧量，经过回复再结晶获得细小的晶粒；选择适宜的在再结晶区和无再结晶区停留时间和温度，以使再结晶的晶粒内产生形变回复的多边化亚构造；2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢.在铁素体-奥氏体两相区选择适宜的总压下量和轧制温度；控制冷却速度。 2.2 微合金化钢 Chapter 2 工程构件用合金构造钢经控制冷却后的优质中板.2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢背景具有铁素体-珠光体组织的低合金钢和微合金化钢的屈服强度的极限约为460MPa。假设要求更高强度和韧性的配

19、合，就需求思索选择其它类型组织的低合金钢，如采用相变强化的方法，因此开展了低碳贝氏体型、低碳索氏体型及低碳马氏体型钢。Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.主要是适当降低钢的含碳量以改善韧性，由此呵斥的强度损失可由参与合金元素经过控制轧制和控制冷却后构成低碳贝氏体或马氏体的相变强化的方法得到补偿。配合参与微合金化元素，如铌以细化晶粒并进一步提高韧性。 Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.一、低碳贝氏体型钢贝氏体钢的开展过程20 世纪 20 年代， Robertson

20、 首先发现钢的中温转变产物，随后 Devenport 和 Bain 等人对这种组织进展了大量细致的研讨，直到 1934 年 “ 贝氏体 术语的提出，贝氏体构造及其相变机制不断是人们研讨的重点。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.由于贝氏体转变的温度范围界于珠光体与马氏体之间，相应地贝氏体组织兼备了高温转变产物的塑韧性和低温转变的强度，具有良好的强韧性配合，从而引起人们的极大关注。但早期的贝氏体钢普通是经过等温淬火工艺获得，由于工艺复杂使其大规模消费运用遭到限制。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Cha

21、pter 2 工程构件用合金构造钢.20 世纪 50 年代末期，英国的 Irvine 和 Pickering 等人率先发明了具有高的贝氏体淬透性 Mo-B 系贝氏体钢，经过 Mo 、 W 、 B 等元素的参与使一定尺寸的工件在空冷条件下即可得到以贝氏体为主的组织，从而实现了贝氏体钢消费的工艺变革：虽然 Mo 的价钱较高，而且为了降低贝氏体转变起始温度 BS ，改善强韧性，还须添加其他合金元素复合金化，致使钢的本钱进一步添加，但是 Mo-B 系贝氏体钢还是得到了一定的开展。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.20 世纪 70 年

22、代，方鸿生教授等人的研讨发现： Mn 在一定含量时，使钢的 C 曲线外形发生变化。 Mn 在过冷奥氏体转变中具有特殊的再分配规律。对 Mn-B 钢中 Mn 富集因子的实验结果阐明在600 左右的温度区间内， Mn 在 和 两相中的浓度无明显区别，而在/ 界界面富集程度很大。Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.Mn在相界面的浓度峰势必对界面迁移产生钉扎作用即溶质拖曳作用，使铁素体生长显著推迟。此外，Mn 在相界面的富集也降低了相界附近奥氏体基体内碳的活度及活度梯度 ，导致碳在奥氏体中分散速度降低，此即所谓溶质类拖曳作用，进一步抑制

23、了铁素体生长。 Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.由于溶质拖曳和类拖曳作用，导致该合金的转变曲线在 600 左右出现“河湾外形。 此拖曳作用还显著降低贝氏体相变驱动力及贝氏体相变温度，细化贝氏体尺寸。Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.低碳贝氏体型钢的组织和成分低碳贝氏体钢在轧制或正火后控制冷却，直接得到低碳贝氏体组织。与一样碳含量的铁素体-珠光体组织钢相比具有更高的强度和良好的韧性。利用贝氏体相变强化，钢的屈服强度可到达490MPa 780MPa。2.3 低碳

24、贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.低碳贝氏体钢的化学成分:w(C)=0.10%0.20%，w(Mo)=0.30%0.60%，w(Mn)=0.60%1.60%，w(B)=0.001%0.005%，w(V)=0.04%0.10%，w(Nb)或w(Ti)=0.010% 0.06%，并经常加w(Cr)=0.4%0.7%。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.低碳贝氏体型钢中的合金化:主加合金元素钼和硼是能显著推迟先共析铁素体和珠光体转变，而对贝氏体转变推迟较少。2.3 低碳贝氏体型钢

25、、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢图2-7 低碳钼钢和钼硼钢的过冷奥氏体恒温转变开场曲线 .再参与锰、铬、镍等元素，进一步推迟先共析铁素体和珠光体转变，并使BS点下降，以获得下贝氏体组织。经过微合金化，充分发扬铌、钛、钒的细化晶粒和沉淀强化的作用。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.典型的低碳贝氏体型钢:14MnMoV和14MnMoVBRE钢是我国开展的典型的低碳贝氏体型钢，其屈服强度为490 MPa级。主要用于制造容器的板材和其它钢构造。板厚小于14mm时，在热轧态即可得到贝氏体；板

26、厚大于14mm时，需求正火处置。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.为了提高钢的室温暖低温韧性，改善焊接性，开展了超低碳贝氏体钢，钢的含碳量降低到w(C)=0.02%，并参与w(Ti)=0.01%使之成为Mn-Mo-Nb-Ti-B超低碳贝氏体型钢。经过控制轧制和控制冷却可以得到高位错密度的细小贝氏体组织。这种钢可在0以下温度条件下服役。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.方鸿生教授等人研讨的Mn系及Mn-B系贝氏体钢：突破了为获空冷贝氏体必需加昂贵 Mo 、 W

27、 的传统成分设计思绪。 Mn 原料的价钱约为 Mo 的 1/50 。高的贝氏体空冷淬透性和较低的贝氏体转变起始温度 Bs ，有利于大件实现空冷自硬，且具备足够的韧性； Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.无需添加多量合金元素进展复合金化，成分简单，本钱低；摒弃了 Mo-B 系贝氏体钢限于低碳为主的传统，设计出不同性能、用途的中高碳、中碳 Mn 系贝氏体体钢系列钢种，该钢免除了淬火或淬回火工序，降低了淬火过程中产生的变形，开裂，氧化和脱碳倾向；有效地缩短了工艺流程并节省能源，因此近年来已在我国多个产品中得到运用。Chapter 2

28、 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.二、针状铁素体型钢针状铁素体钢是钢材在控制轧制后空冷过程中经过切变和分散相变构成由位错列阵和位错胞组成的非等轴铁素体钢。相变开场发生在较上贝氏体为高的温度范围里，反映在延续冷却转变图上，贝氏体区被铁素体区所掩盖。这类钢的显微组织是低碳或超低碳的针状铁素体，与低碳贝氏体很类似，但由于含C量极低，故铁素体板条的相界上不存在碳化物。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.针状铁素体型钢的合金化低碳是为了Nb的碳化物沉淀，含C量普通不低于0.06%，高于这

29、一程度，C的偏析将引起韧性的下降，这是由于高碳区往往成为断裂的微孔形核中心。Mn的含量根据钢板厚度和要求的强度程度决议，普通在1.4%2.2%之间。Mn推迟铁素体-珠光体相变，降低BS点，使细晶粒的针状铁素体在450以下构成； Mn也是固溶强化的元素。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.Mo的含量也根据钢板厚度确定在0.15% 0.6%之间。Mo能有效地推迟铁素体而不影响贝氏体相变；Mo与Mn结合运用还有利于得到细晶粒的针状铁素体而不是粗大的多边形铁素体。当Mo被Cu-Ni-Cr替代时，经过控制轧制，也可以得到针状铁素体。2.3

30、 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.Nb的含量普通在0.04%0.06%之间，经过沉淀相Nb(C,N)的析出能有效地产生沉淀强化，并且在奥氏体热轧时，沉淀相Nb(C,N)也可以细化晶粒。显微组织和性能特点细晶粒的多边化铁素体、30%以上的针状铁素体片、高度弥散的渗碳体质点、少量岛状的马氏体-奥氏体块和细而弥散的Nb(C,N)质点。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.这类钢由于缺乏足够的C去锁住位错，因此未锁住的部分可以导致位错运动而不能忽然引发屈服点的自在位错的产生，从

31、而显示出延续的应力-应变曲线。这种力学行为与铁素体-珠光体钢相比，在许多场所是非常有利的，比如在管线建立中。轧材可以准确地就位成形。这类钢的屈服强度普通大于470MPa，伸长率大于20%，室温冲击值大于80J。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.X70级管线钢拉伸实验曲线 Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.典型针状铁素体型钢钢种针状铁素体型钢的典型钢种为Mn-Mo-Nb钢，其化学成分范围为w(C)0.10%，w(Mn)=1.6%2.0%，w(Mo)=0.2%0

32、.6%，w(Nb)=0.04%0.06%，有时还加w(V)=0.06%，w(Ti)=0.01%。 这类钢通常用碱性氧气转炉冶炼，用铝脱氧，并且S含量很低大约为0.05%左右；或者用稀土处置，控制硫化物的形状，提高横向冲击性能。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.这类钢和低碳贝氏体型钢一样，不仅具有良好的低温韧性，而且还具有良好的焊接性能，已胜利地运用于制造寒带保送石油和天然气的管线。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢西气东输工程.三、铁素体-马氏体双相钢 背景

33、由于传统的低合金高强度钢对汽车压力加工件来说，没有具备足够的冷成形性，因此需求改善其强度-成形性的综合性能以满足汽车冲压成型件的要求。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.显微组织特点把传统的低合金高强度的显微组织，即铁素体加珠光体改成铁素体加马氏体实践上还包含少量奥氏体的双相组织，其显微组织特征是20%左右的马氏体呈小岛状或纤维状分布在80%左右的铁素体基体上。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.一方面使钢中的碳在奥氏体发生转变析出先共析铁素体时集中在奥氏体中，当

34、奥氏体转变成马氏体含碳量偏高时，将引起体积和外形变化，并且铁素体相中的间隙碳原子相对较为贫化；另一方面，在一定冷却条件或应变诱发下的马氏体相变将在马氏体区域产生剩余应力，在铁素体中激发出高密度的可动位错由于铁素体中的碳、氮量极低，位错不易被钉扎。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.性能特点具有较低的屈服强度，且是延续屈服；同时在屈服发生以后，铁素体中的位错运动相互缠结，因此继续塑性变形所需应力迅速添加，表现为高的应变硬化速率。此外加之有强韧的马氏体岛或纤维和很细的铁素体晶粒及结合结实的马氏体/铁素体界面，使得塑性变形主要发生在铁

35、素体相中，所以表现为高的均匀伸长率和高的强度。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢延续的应力-应变曲线，低的屈服应力，高的应变硬化速率和优良的抗拉强度与塑性配合.消费工艺及类型由于双相组织既可以经过亚临界温度范围内的退火获得，也可以经过热轧后的控制冷却来获得。因此消费上通常又把双相钢分为退火双相钢和热轧双相钢。并且它们在合金化上也有明显的区别。退火双相钢热轧双相钢 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Cha

36、pter 2 工程构件用合金构造钢.退火双相钢又称热处置双相钢：将钢加热到亚临界温度范围即在A+F两相区内，构成20%左右的奥氏体，然后空冷或快冷即可得到铁素体加马氏体组织。当钢长时间在A+F两相区内退火时，钢中的合金元素将在奥氏体和铁素体之间重新分配，其中奥氏体构成元素碳、锰等将富集于奥氏体中，这样就提高了奥氏体的稳定性，从而抑制了珠光体的转变，保证钢中的奥氏体在空冷条件下得到马氏体。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.热轧

37、双相钢在热轧形状下，经过控制转运台的冷却，使钢构成80%左右的铁素体发生多边化，C和其它合金元素在剩余的奥氏体岛中富集，提高奥氏体的稳定性，而防止构成珠光体和贝氏体，最后得到铁素体加马氏体的双相组织。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.其典型的化学成分范围是：w(C)=0.04%0.10%，w(Mn)=0.8%1.8%，w(Si)=0.9%1.5%，w(Mo)=0.3%0.4%，w(Cr)=0.4%0.6%，以及微合金元素V等。

38、 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.四、低碳调质钢提高低合金高强度钢的另一途径，是采用低碳低合金钢淬火获得低碳马氏体，然后进展高温回火，获得低碳索氏体组织，从而得到良好的综合机械性能和焊接性。这类钢普通在调质形状下供货。既有较高的强度，又有较好的韧性、塑性和焊接性。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.低碳调质钢的合金化设计原那么与铁素体珠光体型热轧和正火钢不一样。其强度主要不直接取决于合金元素的含量，而取决于含碳量。美国最具有代表性的这类钢是T-1钢。该钢淬火

39、后获得低碳的板条马氏体组织，具有很好的强度与韧性。Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.其合金化特点是：把C含量限制在0.12以下，这样可以保证优良的焊接性与低温韧性；为了保证最低限制的淬透性，复合地参与少量Mn、Ni、Cr、Mo、B等元素； 少量的V提高了钢的回火稳定性，使焊接时的热影响区变窄；参与少量的Cu是为了提高钢的抗大气腐蚀才干。2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.T-1钢是美国早期开展的一种含Cr、Ni的低碳调质钢，主要用于压力容器、桥梁、工程机械和塔式

40、构造等。日本的HT-80型的Welten80C类似T-1钢，但不含Ni和V，故抗应力腐蚀才干高，在日本用来制造-30的大型球形贮罐。我国GQ-702和GQ-705属于这类钢。 2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢Chapter 2 工程构件用合金构造钢.HY-80钢是美国s=540687MPa的调质高强钢，低温下有高的韧性与防爆性能，用于制造潜艇这类的耐压外壳。日本的NS-63、英国的Q1钢和我国的GQ-604钢类似于此类钢。HY-130钢是s=883MPa的韧性优良的低碳调质钢，主要用于海洋和宇航等重要构造。 我国开展的s=600700MPa级的无Ni、Cr低碳调质钢

41、，如14MnMoVN和14MnMoNbB等，主要用于制造中温高压锅炉及石油、化任务的中温高压容器等。 Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.209级潜艇是德国专为出口建造的，但正是该级潜艇为德国战后潜艇树立了赫赫丰碑，以其出色的性能发明了常规潜艇出口数量最多，运用国家最多的两项世界纪录，成为世界市场上的“名牌产品。209级潜艇根据不同国家的需求，有1100吨、1200吨、1300吨、1400吨和1500吨多种型号。Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.典型的209级潜

42、艇采用单壳体构造，艇体为优质HY-80钢，平安潜深可达300米，水下最大航速23节，主要武器是8具533mm鱼雷发射管，携带鱼雷14枚，部分型号还有发射“捕鲸叉反舰导弹的才干。209级潜艇提高了集中控制和自动化程度，可靠性高且维修任务量少，因此仅配备了30多名艇员。 Chapter 2 工程构件用合金构造钢2.3 低碳贝氏体型钢、针状铁素体型钢及铁素体-马氏体双相钢.所谓“新一代钢铁资料就是运用现有的设备或略加改造，用一种廉价的方法不是参与合金元素，添加本钱的方法，也不是大变形量，低温扎制的方法，在比较高的温度下扎制钢材，在扎制过程钢材产生相变，“形变诱导铁素体相变，经过改动钢材物理性能和显微

43、组织，得到超细显微组织，提高钢材的力学性能，也就是在性能价钱比提高和经济性优良的情况下，坚持钢材韧性和塑性的同时，把如今钢材的强度提高一倍，运用寿命提高一倍，从而得到良好的经济效益和社会效益。 2.4 新一代钢铁资料Chapter 2 工程构件用合金构造钢.背景钢铁是构造资料的主体，迄今为止依然是可加工性能最好、性能价钱比最合理、消费规模最大、供应才干最强及循环利用性最正确的根底原资料之一。可以说，钢铁作为构造资料的主导位置依然是不可替代的。20世纪堪称是世界钢铁业大开展的世纪，全球钢产量从20世纪初的2850万吨猛增到2000年的8.43亿吨，增长了近29倍。在此期间，钢铁业科学技术开展迅速

44、，新工艺、新技术、新种类和新配备大量涌现。 2.4 新一代钢铁资料Chapter 2 工程构件用合金构造钢.近年来，世界钢铁业的情势发生了新变化。受西方经济复苏和我国经济快速增长的影响，全球钢材需求日趋强劲。2003年，世界钢产量到达了9.63亿吨，其中约80%的新增产量来自亚洲，其中大部分来自我国。我国钢产量在由2001年的1.516亿吨增至2003年的2.201亿吨的同时，钢材价钱一路攀升，效益得到明显改善。2003年，CRU国际钢材价钱指数到达106.8，创13年以来的新高；我国国内钢材市场价钱指数也到达了104.5，创近年之最。Chapter 2 工程构件用合金构造钢 2.4 新一代钢

45、铁资料.需求钢铁业的快速开展也引发了“资源、能源和环境方面的问题。钢铁业的竞争日益晋级，用户要求也不断提高。一切这些问题给钢铁业的继续稳定开展带来了严峻的挑战，因此，依托科技提高不断提高钢铁产质量量，按照“节约、回收和再利用的原那么，开发质量更高、性能更好、寿命更长和性能价钱比更高的先进钢铁构造资料，比任何时候都显得紧迫和必要。 Chapter 2 工程构件用合金构造钢 2.4 新一代钢铁资料.进入21世纪，轻量节能汽车、大跨度重载桥梁、深井采油管和大口径输油气管、大型工程机械、大型高性能船舶、高层建筑等的晋级换代，又对钢铁资料的性能和运用寿命提出了更高的要求。按照“节约，回收，再利用原那么，

46、突破冶金资源和冶金环保这一新的制约矛盾，开发性能更好、寿命更长、性能价钱比更高的先进钢铁构造资料势在必行。 2.4 新一代钢铁资料Chapter 2 工程构件用合金构造钢.我国当前冶金行业开展的重点应从以工艺构造调整为主转到以产品构造调整为主。在钢铁总量添加、高需求根本建立用长型材添加时，板带比和板管比应相应地增长。社会经济的开展对钢材都有了更高的要求，这也是我国工业化走向逐渐成熟的标志。注重制造执行系统MES的建立，迅速推进钢铁业的信息化建立和管理技术的开展，从而使我国能早日实现从“钢铁大国向“钢铁强国的跨越。 Chapter 2 工程构件用合金构造钢 2.4 新一代钢铁资料.日本于1997

47、年提出了STX-21“Ultra-Steel超级钢研讨方案，分两个5年实施，第一个5年他们就投入了10亿美金，目的是10年内开发出强度相当于现有钢铁资料两倍的超级钢，用于道路、桥梁、高层建筑等根底设备建材的更新换代。主要研讨开发800MPa级易焊接的铁素体-珠光体型低合金钢、耐延迟破坏和疲劳破坏的1500MPa级超高强度钢、超临界压力发电设备用铁素体耐热钢和海滨地域用合金构造钢及高氮不锈钢等。 2.4 新一代钢铁资料Chapter 2 工程构件用合金构造钢.1998年韩国启动了一个历时10年的“21世纪高性能构造钢方案，详细分两个5年来进展的，头5年就投入了3000万美金，研讨600MPa级耐

48、候钢、800MPa低合金构造钢和13001500MPa级合金构造钢螺栓钢。2001年欧盟启动了有意大利、英国、德国和比利时等国参与的超细晶粒钢开发方案，2002年美国在钢铁研讨指南中公布了两个超级钢开发工程。 2.4 新一代钢铁资料Chapter 2 工程构件用合金构造钢.我国于1998年在国家艰苦根底研讨开展方案中启动了“新一代钢铁资料艰苦根底研讨的“973工程。在详细的研讨课题上，和日本、韩国略有差别，思索到我国的根本国情：尚处于工业化、城市化的建立时期，根底设备建立方兴未艾，对建筑用钢铁资料的需求就相对多一些，应注重研讨这类建筑用钢材400MPa级的建筑用钢。2001年在国家高技术研讨开

49、展方案863方案中又安排了题为500MPa碳素钢先进工业化制造技术的超级钢开发工程，以积极的姿态参与到这场国际竞争之中。 2.4 新一代钢铁资料Chapter 2 工程构件用合金构造钢.国内最新研讨开发的“新一代钢铁资料分为三类。第一类是碳素构造钢，如今强度级别是200 MPa级，要把它提高到400MPa级；第二类是将400MPa级低合金钢微合金钢强度提高到800MPa级；第三类是45、40Cr、42CrMo等机械制造用钢材，如今是700800MPa级，要提高到1500MPa级。Chapter 2 工程构件用合金构造钢 2.4 新一代钢铁资料.以上三类钢材在我国钢铁总产量中占60%以上，假设按

50、年产量2亿吨来算的话，这些钢材的产量就超越了1亿吨。而假设经过努力使其中较大数量的资料运用新一代钢铁资料，那就可节约上千万吨钢，其意义非常艰苦。假设将其强度或寿命提高一倍，取代目前工艺程度中的50，估计每年可节省2250多万吨钢材，直接经济效益562亿元；其它节省钢厂、矿山基建投资及运输费用，降低消费能耗和生态环境损害所带来的间接效益就更加可观。Chapter 2 工程构件用合金构造钢 2.4 新一代钢铁资料.参与“新一代钢铁资料艰苦根底研讨的单位北京科技大学、清华大学、东北大学等；钢铁研讨总院、中科院沈阳金属所等；宝钢、首钢、鞍钢、武钢、攀钢、唐钢、淮钢、珠江钢厂、大连钢厂等；一汽、二汽等。涉及的种类有：螺纹钢、薄板、中厚板、薄板坯、特殊钢等。 2.4 新一代钢铁资料Chapter 2 工程构件用合金构造钢. 2.4 新一代钢铁资料Chapter 2 工程构件用合金构造钢技术思绪细化钢铁资料的晶粒和组织，提高钢材的干净度，改善其均匀性，在大幅提高强度的同时，获得足够的塑性、韧性；在实际研讨根底