金属材料学课件合集

金属材料学第1章钢的合金化原理合金元素和铁的作用合金钢中的相组成合金元素在钢中的分布及偏聚合金钢中的相变合金元素对钢强韧性的影响合金元素对钢工艺性的影响

微量元素在钢中的作用金属材料的环境协调性设计

合金钢的分类与编号重点及基本要求

第1章是本课程基础和重点，要求全面掌握了解钢中的常见合金元素对钢的组织、热处理及性能的影响规律，掌握合金元素的加入对钢的基本强化机制的影响。难点:合金元素对钢中基本合金相结构的影响1.1

Me和Fe的作用一、钢中的Me*表中字体颜色为绿色或深蓝色的元素为钢中常见合金元素；字体颜色为深蓝色的元素为钢中常见碳化物形成元素*S,P,As,Sb,Pb,Sn,Bi通常为有害元素，但S，P，Pb在易切削钢中用来改进切削加工性能。ⅠA

0H

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

He

LiBeBC

NOFNeNaMgⅢB

ⅣB

ⅤB

ⅥB

ⅦB

ⅧBⅠB

ⅡB

AlSiPSClArKCaSeTi

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

ZnGaGe

AsSeBrKrRbSrYZr

Nb

Mo

TcRuRhPdAgCdInSn

Sb

TeI

XeCsBaLaHf

Ta

W

ReOsIrPtAuHgTl

Pb

BiPoAtRn

钢中常加入的合金元素1、杂质元素（impurity-element）常存杂质

冶炼残余，由脱氧剂带入。Mn、Si、Al；S、P难清除。隐存杂质偶存杂质

生产过程中形成，微量元素O、H、N等。

与炼钢时的矿石、废钢有关，如Cu、Sn、Pb、Cr等。

热脆性——S——FeS(低熔点989℃)；？

冷脆性——P——Fe3P（硬脆）；？氢脆——H——白点。2、合金元素（alloying-element）为合金化目的加入，其加入量有一定范围的元素称为合金元素。钢中常用合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。二、Me和Fe的作用

纯Fe→

Fe-Me相图的变化特点。Me和Fe的作用：1、γ稳定化元素使A3↓，A4↑，γ区扩大a)与γ区无限固溶——

Ni、Mn、Co开启γ区——

量大时，室温为γ相；b)与γ区有限固溶

——

C、N、Cu

——

扩大γ区。2、α稳定化元素使A3↑，A4↓，γ区缩小a)完全封闭γ区—Cr、V、W、Mo、TiCr、V与α-Fe完全互溶，量大时→α相?W、Mo、Ti等部分溶解b)缩小γ区——Nb等。稳定γ相——A形成元素，稳定α相——α形成元素。(a)Ni，Mn，Co

(b)C，N，Cu

(c)Cr，V

(d)Nb,B等

合金元素和Fe的作用状态

三、Me对Fe-C相图的影响1、对S、E点的影响

A形成元素均使S、E点向左下方移动，F形成元素使S、E点向左上方移动。S点左移—意味着共析C量减小；E点左移—意味着出现莱氏体的C量降低。合金元素对共析温度的影响

合金元素对共析碳量的影响

2、对临界点的影响

A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动；F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动3、对γ-Fe区的影响

A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也为A体—奥氏体钢；F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在高温下仍为F体—铁素体钢。

铬对钢γ区的影响锰对钢γ区的影响

1.2合金钢中的相组成一、置换固溶体

合金元素在铁点阵中的固溶情况

MeTiVCrMnCoNiCuCN溶解度αFe~7(1340℃)无限无限~376100.20.020.1γFe0.68~1.412.8*无限无限无限8.52.062.8注：有些元素的固溶度与C量有关

不同元素的固溶情况是不同的。为什么?

常用合金元素点阵结构、电子结构和原子半径第四周期TiVCrMnFeCoNiCu点阵结构bcc/hcpbccbccbcc或fccfcc/hcpfccfcc电子结构235567810原子半径/nm0.1450.1360.1280.1310.1270.1260.1240.128ΔR，%14.27.10.83.1—0.82.40.8注：1、电子结构是3d层电子数；2、原子半径是配位数12的数值

（1）Ni、Mn、Co与γ-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似——无限固溶；（2）Cr、V与α-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似——无限固溶；（3）Cu和γ-Fe点阵结构、原子半径相近，但电子结构差别大——有限固溶；（4）原子半径对溶解度影响：ΔR≤±8%，可以形成无限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度极小。结论合金元素的固溶规律，即Hume-Rothery规律

决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素，无限固溶必须使这些因素相同或相似.

①有限固溶C、N、B、O等

②溶解度溶剂金属点阵结构：同一溶剂金属不同点阵结构，溶解度是不同的——

如γ-Fe与α-Fe。溶质原子大小：r↓，溶解度↑。N溶解度比C大:RN=0.071nm，RC=0.077nm。

③间隙位置优先占据有利间隙位置——畸变为最小。间隙位置总是没有被填满——

最小自由能原理。

二、间隙固溶体三、碳（氮）化物及其形成规律

1、钢中常见的碳化物

K类型、大小、形状和分布对钢的性能有很重要的作用。

非K形成元素：Ni、Si、Al、Cu等K形成元素：Ti、Nb、V；W、Mo、Cr；Mn、Fe（由强到弱排列）钢中常见的K类型有：

M3C：渗碳体，正交点阵；

M7C3：例Cr7C3，复杂六方；

M23C6：例Cr23C6，复杂立方；

M2C：例Mo2C、W2C。密排六方；

MC：例VC、TiC，简单面心立方点阵；

M6C：不是一种金属K。复杂六方点阵。K也有空位存在；可形成复合K,如(Cr,Fe,Mo，…)7C3

自然辩证法原理一切化学过程都归结为化学的吸引和排斥的过程。正是由于分子中原子之间化学键的形成和断裂所引起的化合和分解的对立统一，构成了一切化学运动过程的丰富内容。在化学的吸引和排斥中，各种化学元素的多种多样性质最充分地暴露出来，同时产生出多种多样形态的化学物质。

复杂点阵结构：M23C6、M7C3、M3C。特点：硬度、熔点较低，稳定性较差；简单点阵结构：M2C、MC。又称间隙相。特点：硬度高，熔点高，稳定性好。

M6C型不属于金属型的碳化物,复杂结构，性能特点接近简单点阵结构。1）K类型

K类型与Me的原子半径有关。各元素的rc/rMe的值如下：

MeFeMnCrVMoWTiNbrc/rMe0.610.600.610.570.560.550.530.53

2、K形成的一般规律rc/rMe>0.59—复杂点阵结构，如Cr、Mn、Fe，形成Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、Mn3C等形式的K；rc/rMe<0.59—简单结构相，如Mo、W、V、Ti等，形成VC等MC型，W2C等M2C型。Me量少时，形成复合K，如（Cr,M）23C6型。2）相似者相溶

完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似。如Fe3C，Mn3C→(Fe,Mn)3C；TiC~VC。

有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合K如Fe3C中可溶入一定量的Cr、W、V等.最大值为<28%Cr，<2%W，<0.5%V；MC型不溶入Fe，但可溶入少量W、Mo。

溶入强者,使K稳定性↑;溶入弱者,使K稳定性↓自然辩证法原理一切运动都存在于吸引和排斥的相互作用中。这是基本矛盾。在微观物理运动中，吸引和排斥的统一首先表现在微观粒子之间强大的内聚力和排斥力之间的动态平衡。3）强者先，依次成

K形成元素中，强者优先与C结合，随C↑，依次形成K。如：在含Cr、W钢中，随C↑，依次形成M6C，Cr23C6，Cr7C3,Fe3C。如果钢中C量有限，则弱的K形成元素溶入固溶体。如：在低碳含Cr、V的钢中，大部分Cr都在基体固溶体中。4）NM/NC比值决定了K类型

形成什么K主要决定于当时的NM/NC比值。

退火态:在Cr钢中，随NM/NC↑，先后形成顺序为：M3C→M7C3→M23C6。回火态:基体中的NM/NC↑，则析出的K中NM/NC也↑。如W钢回火时，析出顺序为：Fe21W2C6→WC→Fe4W2C→W2C，NW/NC是不断↑。5）强者稳，溶解难，析出难，聚集长大也是难

MC型在1000℃以上才开始溶解；回火时，在500~700℃才析出，并且不易长大，产生“二次硬化”效果。这在高合金钢中是很重要的强化方法。3、钢中常见的氮化物氮化物的形成规律和碳化物相似，一般为间隙相。特点：高硬度、脆性、高熔点，如TiN。氮化物和碳化物可以互相溶解，形成碳氮化合物，如Ti(C,N)、(Cr,Fe)23(C,N)

。氮化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V；W、Mo；Cr、Mn、Fe（由强到弱排列）四、金属间化合物当合金元素含量超过生成碳化物所需的量后，有可能生成金属间化合物。钢中比较重要的金属间化合物有：相、AB2相、AB3相和A6B7相。引起脆性：不锈钢中的相强化相：耐热钢中的Fe2Mo、Fe2W、Fe7W61.3

Me在钢中的分布及偏聚

一、Me在钢中的存在形式

1、溶于固溶体（A、F中，有间隙、置换）

2、形成K或氮化物

3、存在于金属间化合物（高合金钢中）

4、各类夹杂物（氧化物、硫化物、硅酸盐）

5、自由态（如Pb、Ag、Cu）强化有害轧制前轧制后(a)硬夹杂物颗粒(b)硬夹杂物结晶体(c)硬夹杂物群(d)分散在软基体上硬夹杂物(e)软夹杂物变形前后夹杂物形态示意图钢中Al2O3夹杂钢中的MnS夹杂钢中的AlN夹杂小结：非金属夹杂物的成分、形态、大小、数量和分布对钢的质量有重要的影响。它可能引起塑性、韧性、疲劳强度的降低，还会降低钢的耐磨性、耐蚀性和淬透性，一般都是有害的。二、Me在不同状态下的分布

1、退火、正火态非K形成元素基本上固溶于基体中，而K形成元素视C和本身量多少而定。优先形成K，余量溶入基体。

2、淬火态Me分布与淬火工艺有关。溶入A体的元素淬火后存在于M、B中或AR中；未溶者仍在K中。

3、回火态低回:Me不重新分布；>400℃，Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中，K形成元素逐步进入析出的K中，其程度决定于回火温度和时间。总结：合金元素在钢中的分布主要取决于以下因素：合金元素种类和含量冶金加工方法和热处理制度二、Me的偏聚（segregation）

偏聚现象

Me偏聚→缺陷处C’>基体平均C这种现象也称为内吸附现象。Me+⊥：溶质原子在刃型位错处吸附，形成柯氏气团；Me+≡：溶质原子在层错处吸附形成铃木气团；Me+◎：溶质原子在螺位错吸附形成Snoek气团.能在钢中产生内吸附的元素：Zr，Ni，Mn，Re，P，B，Sb，As，Bi，C，N其中，B最强烈晶内缺陷晶界内吸附对金属材料组织、性能有很大影响，如高温晶界强化，晶界脆性断裂，晶间腐蚀以及B钢淬透性等.

另外，第一、二类回火脆性都与晶界内吸附有关。晶界HP炉管所用的铸造高温合金铸态微观组织

奥氏体+M7C3碳化物（右图为M7C3对应的衍射斑点）行星架石状断口宏观观察类韧窝的底部有片状AlN结晶体存在偏聚机理

溶质原子在缺陷处偏聚，使系统自由能↓，符合自然界最小自由能原理。结构学：缺陷处原子排列疏松，不规则，溶质原子容易存在；能量学：原子在缺陷处偏聚，使系统自由能↓，符合自然界最小自由能原理。（在没有强制外力作用下，事物总是朝着↓能量的方向发生。即使暂时不发生，也存在潜在的趋势。热力学：该过程是自发进行的，其驱动力是溶质原子在缺陷和晶内处的畸变能之差。影响因素

缺陷处溶质浓度温度T：T↓，内吸附强烈；时间t：偏聚需要原子扩散→需要一定时间；缺陷本身：缺陷越混乱，E↑，吸附也越强烈;其它元素：①间接作用:优先吸附问题,B与C②直接作用:影响吸附元素D

,Mn↑DP，使P扩散加快，促进了钢的回火脆性；Mo则相反，是消除或减轻回火脆性的有效元素。点阵类型：bcc点阵内吸附较fcc强烈1.4合金钢中的相变一、合金钢的加热A化二、过冷A体的分解三、合金钢的回火转变一、合金钢的加热A化

1、K在A中的溶解规律

基本规律

1）K稳定性越好，溶解度就越小；

2）温度↓，溶解度↓，→沉淀析出；

3）K稳定差的先溶解

;4）A中有弱K形成元素，则会↓C活度ac，→↑K的溶解；非K形成元素（如Ni）则相反,↑ac，↓K的溶解。如：较多Mn的存在使VC的溶解温度从1100℃降至900℃。

碳（氮）化物在奥氏体中的溶解度与加热温度的关系

2、A体均匀化

A体刚形成时，C和Me的分布是不均匀的.合金钢加热均匀化与碳钢相比有什么区别?3、A体晶粒长大

1）Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒长大；2）C、N、B↑晶粒长大；3）Mn在低碳钢中↓晶粒，中高碳钢中↑晶粒；

4）Ni、Co、Cu作用不大。二过冷A体的分解

1、过冷A体的稳定性

过冷A体稳定性实际上有两个意义：孕育期和相变速度。孕育期的物理本质是新相形核的难易程度，转变速度主要涉及新相晶粒的长大。1）Ni、Si和Mn，大致保持C钢的“C”线形状，使“C”线向右作不同程度的移动；2）Co不改变“C”线，但使“C”线左移；3）K形成元素，使“C”线右移，且改变形状。Me不同作用，使“C”曲线出现不同形状，大致有五种。“C”曲线五种形状常用合金元素对奥氏体等温转变曲线的影响(上左)强K形成元素(上右)中、弱K形成元素(下左)非K形成元素2、过冷A体的P、B转变

P转变：需要C和Me都扩散，Me扩散是K形核的控制因素影响C曲线右移顺序：Mo、W、Mn、Cr、Ni、Si

B转变：C作短程扩散，Me几乎没有扩散影响顺序：Mn、Cr、Ni、Si，而W、Mo等影响很小。生产上如需获得B组织，应选用含Mo、W的钢种。3、Me对Ms的影响

除Co，Al外，大多数合金元素固溶在A中，均使Ms点下降，增加残余A的含量，其中C的影响最强烈。顺序：C，Mn，Cr，Ni，Mo，Si，W思考题：

W、Mo等元素对贝氏体转变影响不大，而对珠光体转变的推迟作用大，如何理解?对一般结构钢的成分设计时，要考虑其MS点不能太低，为什么?三

合金钢的回火转变

钢淬火后，内部组织很不稳定，随回火温度的不同，淬火组织会发生一系列的组织转变，包括：这几个过程被C和Me扩散所控制，是相互交错进行的，很难截然分开。回火过程马氏体的分解残余奥氏体的分解碳化物的形成、聚集和长大α－Fe的回复和再结晶1、M分解

低温回火：C和Me扩散较困难，Me影响不大中温以上：Me活动能力增强，对M分解产生不同程度影响:

1）Ni、Mn的影响很小；2）K形成元素阻止M分解，其程度与它们与C的亲和力大小有关。这些Me↓ac，阻止了渗碳体的析出长大；3）Si比较特殊：<300℃时强烈延缓M分解Si和Fe的结合力>Fe和C的结合力,↑ac

↓ε-FeXC的形核、长大Si能溶于ε，不溶于Fe3C，Si要从ε中出去↓ε→Fe3C

效果:含2%Si能使M分解温度从260℃提高到350℃以上

回火时马氏体中C量的变化

线1-C钢;线2-含非碳化物形成元素（Si除外）的合金钢;线3-含碳化物形成元素的合金钢

4）合金钢回火时M中含C量变化规律基本规律

①渗碳体形成开始温度基本与合金化无关；

②含非碳化物形成元素（Si除外）的合金钢（线2）和C钢（线1）规律相同；

③在相同回火温度Tt下，合金钢马氏体中含C量要比C钢的高，如图中的C3>C1，2；

④不同合金中，马氏体中析出特殊碳化物的温度TK是不同的，线3的下降幅度也是不同的。2、Me对残A转变的影响中、高碳钢及合金钢淬火后，组织都有残余A，特别是合金元素量大时，更是如此。低合金钢：残A在高于200℃开始分解，于300℃完成。Me一般残A的分解温度。其中Cr，Mn，Si作用最大。高合金钢：Me多，残A稳定性大，其分解温度一般在500～600℃，且具有转变不完全特性，有时需要二次或多次高温回火。二次淬火：回火时残A析出K，其C和Me含量下降，Ms，在冷却过程中，可能会转变成M，而使钢回火硬度高于淬火硬度（如高速钢回火）。硬度升高的另一原因，是回火时合金K化物析出产生的沉淀硬化，后者有时称为“二次硬化”。3、回火时K的形成

各元素明显开始扩散的温度为：MeSiMnCrMoW\VT,℃>300>350>400~500>500>500~5501）K长大聚集温度：M3C型，350~400℃；其它K，450~600℃；2）K成分变化和类型转变K转变ε-FeXC→Fe3C→M3C→亚稳特殊K→特殊KT,℃<150150~400400~500>500

能否形成特殊K，取决于:①Me性质、NM/NC比值；②T和t。3）特殊K的形成

原位析出：αM→α0+M3C

（中、弱K元素）MXCY(M7C3,M23C6)

异位析出：αM→αS+M3C

（强K元素）α0+MXCY(MC,M2C)特殊K析出→二次硬化，直接析出→贡献最大

钒钢（0.3C,2.1V）在1250℃淬火不同温度回火2h，碳化物成分、结构和硬度的变化自然辩证法原理

●自然界运动形式的转化，是一个由量变引起质变的过程，这过程是通过渐变和突变实现的。渐变往往是突变的前提，在一定条件下，两者可以转化。

●

事物发展总有主要矛盾,主要矛盾可转化.

●在新、旧物质演化过程中，系统之间往往存在过渡状态或中介类型。

4.合金元素对α相回复和再结晶的影响M分解后的α相具有高的位错密度，晶格畸变严重，在一定的回火温度下会发生回复和再结晶过程。如：碳钢高于400℃开始回复，500℃以上开始再结晶。1）合金元素一般延缓M分解，即提高α相的回复和再结晶，使钢具有更高的回火稳定性。2）对再结晶温度延缓强弱顺序是:Mo，W，Co，Cr，Mn，Si，Ni5、回火脆性

1)第1类回火脆性(200~350℃)

脆性特征①不可逆；②与回火后冷速无关；③晶界脆断。产生原因Me作用①Fe3C薄膜在晶界形成；②杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界，↓晶界强度。Mn、Cr↑脆性；Si↑脆性温度区.V、Al、Mo等改善脆性；2)第2类回火脆性(450~650℃)

脆性特征①可逆；②回火后慢冷产生，快冷抑制；③晶界脆断.产生原因①杂质Sb、S、As或N、P等偏聚晶界；②形成网状或片状化合物,↓晶界强度。高于回脆温度，杂质扩散离开晶界或化合物分解；快冷抑制杂质元素扩散。Me作用

N、O、P、S、As、Bi等是脆化剂；Mn、Ni与杂质元素共偏聚，是促进剂；Cr促进其它元素偏聚，助偏剂；Mo、W、Ti抑制其它元素偏聚，清除剂沿晶脆断回火后冷速对30CrMnSi钢冲击韧度的影响37CrNi3钢回火时硬度与冲击韧度的变化在总体上,合金钢和碳钢相比优点:晶粒细小,

淬透性高,

回火稳定性好.缺点:有回火脆性Me对相图的影响Me与C的作用Me在材料处理各过程中的行为表现加热冷却回火温度时间一方面要清楚材料处理各过程的演化规律;另一方面要掌握Me在各过程中的作用和影响.为理解Me的作用→要了解钢的基本强化机理.1.5

Me对钢强韧化的作用

一、Me对钢强化的形式及其机理

强化本质：各种强化途径↑塑变抗力↑位错运动阻力

↑钢强度畸变应力场；位错密度；位错塞积；钉扎位错。固溶强化；位错强化；细晶强化；弥散强化。表达式对于C、N等间隙原子，n=0.33~2.0；对于Mo、Si、Mn等置换式原子：n=0.5~1.0机理效果提高强度，降低塑韧性提高了韧脆转变温度TK

原子固溶→晶格发生畸变

→产生弹性应力场，与位错交互作用→↑位错运动阻力1、固溶强化

合金元素对低碳铁素体强度和塑性的影响Si、Mn的固溶强化效应大，但Si>1.1%，Mn>1.8%时，钢的塑韧性将有较大的下降。C、N固溶强化效应最大。

合金元素对Cr18Ni9型不锈钢的强化效应(R.P.Reed.JOM.(1989):16)2、位错强化

表达式机理位错密度ρ↑→↑↑位错交割、缠结，→有效地阻止了位错运动→↑钢强度。对bcc晶体，位错强化效果较好?效果强化的同时，降低了伸长率，提高了韧脆转变温度TK3、细晶强化表达式机理晶粒越细→晶界、亚晶界越多→

有效阻止位错运动，产生位错塞积强化。效果

↑钢的强度，又↑塑性和韧度这是最理想的强化途径.

著名的Hall-Petch公式式中，d为晶粒直径，KG为系数

晶界处位错塞积现象4、第二相强化表达式机理

微粒第二相钉扎位错运动→强化效果主要有切割机制和绕过机制。在钢中主要是绕过机制。两种情况：回火时弥散沉淀析出强化，淬火时残留第二相强化。效果有效提高强度，但稍降低塑韧性。第二相的间距越小强化效果越好；第二相弥散度越大强化效果越好；第二相粒子体积分数越大强化效果越好位错被质点障碍物所挡住沉淀强化（与基体有化学交互作用）效果大于弥散强化在低碳结构钢中各种强化效果示意图钢宏观强度二、合金钢强化的有效性

最终强化有效性取决于强化和弱化的综合结果。强化:弥散析出ΔRPH>|-ΔRS|强度峰值弱化:M分解ΔRPH<|-ΔRS|弱化缓慢1、强化的有效性

图强化和弱化的演变1-M分解；2-弥散析出；3-综合效应

2、Me对强化有效性的影响

强化有效性取决于形成弥散相的Me及其量。

Me量↑→弥散相量↑(有足够的C)→二次硬化↑例：含0.1~0.15%C钢，出现强化峰值需

0.1~0.2%V；0.08~0.12%Nb；2.5~3.0%Cr强化≥弱化Me最小浓度（临界值）K类型含C量V对40钢回火硬度的作用不同含C量的V钢，如产生二次硬化，V的临界浓度是不同的，为什么?

不同的钢在回火过程中,主要的强化机制有什么变化规律?主要矛盾是什么?回火温度和钢强化机制的关系（示意）

强化效果对结构钢，细晶强化和沉淀强化贡献最大。合金钢与C钢的强韧性差异，主要不在于Me本身的强化作用，而在于Me对钢相变过程的影响，并且Me的良好作用，只有在进行合适的热处理条件下才能充分得到发挥。需要充分理解三、Me对钢韧性的影响

1、影响韧性的因素

强化因素

一般情况，钢强度↑→塑韧↓,称为强韧性转变矛盾。除细化组织强化外，其它强化因素都会程度不同地↓韧性。危害最大是间隙固溶；

沉淀强化较小,但对强化贡献较大。合金元素

Ni↑韧性(细化晶粒、提高层错能)；Mn在少量时也有效果；其它常用元素都不同程度↓韧性晶粒度

细晶既↑σS，又↓↓TK,即↑韧性

→

最佳组织因素。第二相

K↓韧性。K小、匀、圆、适量

→

工艺努力方向。

杂质往往是形变断裂过程中孔洞形成的核心，→提高钢的冶金质量是必须的。杂质合金元素对铁素体冲击韧度的影响

晶粒大小对强度、韧脆转变温度TK的影响20MnSi钢不同晶粒度的低温冲击性能2、提高钢韧度的合金化途径

1）细化晶粒、组织——如Ti、V、Mo；2）↑回火稳定性——如强K形成元素；3）改善基体韧度——Ni；4）细化K——适量Cr、V，使K小而匀；5）↓回脆——W、Mo；

6）在保证强度水平下，适当↓含C量；

7）↑冶金质量；8）利用一定量的、稳定的残A。自然辩证法原理有一种矛盾起着领导的、决定的作用，规定或影响着其他矛盾的存在和发展，这种矛盾就称为主要矛盾。在事物发展的不同过程中，主要矛盾也是可以改变的。矛盾双方必有主要的和非主要的。矛盾的主要方面决定着事物的性质。矛盾的主次方面的地位不是一成不变的，在一定条件下，矛盾的主次方面是可以转化的。思考题：

钢中可能的性能主要矛盾是什么?

有些零件为什么要经过调质处理，而不直接用正火态?一、钢的热处理工艺性淬透性

指钢淬火时获得M的能力，是钢固有属性。取决于化学成分、奥氏体化条件等。(溶于A的Me)1.6Me对钢工艺性的影响

测试端淬试验。规定条件下的淬硬层深度。定量端淬曲线、淬透性值、临界淬透直径淬硬层深度

不但与淬透性有关，还与冷却条件、工件尺寸有关。钢号合金元素质量分数含量

/%P转变孕育期

/秒35CrCr+Ni=1.341235CrMoCr+Mo=1.383540CrNiMoCr+Mo+Ni=3.25500

合金元素的复合对提高淬透性作用大,但不是简单的加和在结构钢中，↑M淬透性作用显著的元素从大到小排列：（B）、Mn、Mo、Cr、Si、Ni。淬透性好的作用

可以使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求；

在淬火时，可选用较缓和的冷却介质，以减小工件的变形与开裂倾向；可以应用截面较大，形状复杂的工件。机械制造业合金钢得到广泛应用。+Mo→能有效↓P转变，但不能完全↓先共析F的析出↑B淬透性

+B→偏聚晶界→有效抑制先共析F的析出0.40%CMo0.14%Mo0.35%Mo0.60%Mo析出5%F（600℃）

1∶2∶4P开始转变时间

1∶3∶36贝氏体淬透性合金化基本元素是0.5%Mo+微量B。淬硬性

理想淬火条件下,形成M能达到的最高硬度.淬硬性主要与钢的含碳量有关。？？？变形开裂倾向

淬火内应力=热应力+组织应力+附加应力↑变形、开裂。影响因素复杂,需综合分析。

采用分级加热；分级、等温或双液淬火；调质、球化退火等预先热处理；避开危险截面尺寸；及时回火等，可降低变形开裂倾向。过热敏感性和氧化脱碳倾向

奥氏体晶粒急剧长大的敏感性,→Mn.如40Mn2、50Mn2、35SiMn、65Mn等。

氧化和脱碳往往伴随产生.含硅钢，Si↑ac，氧化脱碳倾向大，如9SiCr、42SiMn、60Si2Mn、30CrMnSi等。脱碳会降低钢的硬度、耐磨性和疲劳强度，脱碳对于工具、轴承、弹簧等零件是极其有害的.回火稳定性(热稳定性)

合金钢回火稳定性要比碳钢好.同样回火硬度,合金钢的回火温度高,时间也可长些,应力消除也大些;同样塑韧性,合金钢的强度比碳钢高.回火脆性(前面已介绍)二、钢的成型加工性

1、冷成型性

冷成型性包括：深冲、拉延、弯曲等。

冷作硬化率是在冷变形过程中，材料变硬变脆程度的表征参量。冷作硬化率高，材料的冷成型性差。P、Si、C等元素↑↑冷作硬化率。需要冷成型的材料应严格控制P、N量，尽可能↓Si、C等量。2、热压力加工性

热压力加工有锻造、轧制、拉拔等。

Me溶入基体→产生畸变,↑热变形抗力→热压力加工性能↓。如Mo、W、Cr、V等元素影响较大。C和Me量较多时，形成共晶K，热压力加工性更差。

合金钢的热压力加工性能比碳钢差。高速钢等高合金钢的热压力加工难度是较大的.3、切削加工性

不同情况侧重点不同，如粗加工，主要考虑速度；精加工主要考虑表面粗糙度。

C钢硬度在170~230HB，切削性能最好.对组织来说，P:F=1:1较佳。不同含C量的钢要得到较好的切削性，其预处理是不同的：对C钢:<0.1%C,宜淬火；<0.5%C,宜正火；<0.8%C,宜退火；>0.8%C,宜球化退火思考题：为什么钢的切屑是连续的，而铸铁的切屑是碎片状断开的?1.7微量元素在钢中的作用

一、微量元素种类及在周期表中的位置常用微合金化元素

B、N、Ti、V、Zr、Nb、Re偶用微合金化元素

Hf、Ta、Sc（钪）净化，变质和控制夹杂物形态的元素

B、Ti、Ca、Zr、Re改善切削性能的元素

S、Ca、Se、Pb、Bi痕量有害元素

P、As、Sn、Sb、Pb、Bi微量元素在周期表中的位置二、微量痕迹元素的有害影响及消除方法1.一些微量元素不是有意加入的，而是在炼钢过程中由原材料（矿石、合金元素、废钢）带入的，它们在钢中的总量<0.1%，在钢的常规分析中常常不能测定出来，这些元素亦称为微量痕迹元素。2.例如，Pb、Bi、Sb、Sn等元素在PPM数量范围内就会对钢的热塑性、蠕变强度、焊接性、耐腐蚀性等产生有害的影响，并且可能导致钢的不同形式的脆性（如回火脆性）。3.消除方法完全去除很困难，只能通过添加有益微量痕迹元素来抵消。净化（1）脱O，去N加B、Re可与钢中的O、N结合形成易上浮的化合物，降低气体含量，减少非金属夹杂，并改善其分布。（2）使钢中的低熔点元素形成高熔点的金属间化合物

在钢中加B、Zr、Hf、Ce、Mg等，与低熔点元素As，Bi，Pb，Sn，Sb形成高熔点化合物，消除热脆性，提高高温强度。变质

B、Re与钢液反应，形成微细质点，增大形核率，抑制柱状晶的成长，细化铸铁组织，改善铸锭冶金质量。夹杂物：球状理想，长杆、带状有害；塑性适中较好。如钢中含氧量大于0.02％就可形成球状MnS，并形成MnS－MnO，不易在轧制时被拉长；加Zr可溶入MnS中形成（Mn，Zr）S，降低MnS的塑性。夹杂物改性三、微量元素的有益效应稀土对莱氏体钢凝固组织的影响(a)未变质；(b)变质四、微合金化钢在低碳钢中加入微量Nb、Ti、V，通过控轧和控冷，生产量大面广的微合金高强度钢。形成碳、氮化物：细化A晶粒；沉淀强化

在高速钢、耐热钢中加入微量Nb、Zr、B，可改善钢的高温强度等。微合金化：通过添加微量元素来提高钢性能的技术。1.8金属材料的环境协调性设计

目前世界上金属材料及其合金的种类大约有三千多种。→材料的废弃物再生循环很困难

可再生循环设计已成为钢铁材料设计的一个重要原则。传统的思路和方法应该更新。应该发展少品种、泛用途、多目的的标准合金系列。所以就出现了通用合金和简单合金的概念。一、通用合金与简单合金

通用合金

又称为泛用性合金。这种通用合金能满足通用性能，合金在具体用途中的性能要求则可以通过不同的热处理等方法来实现。Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn钢.通过改变Fe、Cr、Ni（Mn）的相对含量，其组织结构和性能也可以在很大范围内变化。Cr-Mo钢,耐热钢

简单合金组元组成简单的合金系就叫做简单合金。简单合金在成分设计上有几个特点：合金组元简单，再生循环过程中容易分选；原则上不加入目前还不能用精炼方法除去的元素；尽量不使用环境协调性不好的合金元素。两个基本原则

（1）在维持合金高性能的前提下，尽量减少合金组元数；

（2）获得合金高性能时，以控制显微组织作为加入合金元素的替代方法。

这种设计合金的思路叫省合金化设计或最小合金化法。简单合金的主要用途是代替大量消费的金属结构件材料。

Si-Mn合金钢就是目前重点开发的一种普通的简单合金。可以通过各种热处理获得不同的组织结构，如F+P、F+B、B+M、B、M等，→得到不同强度、塑性配比的性能，以满足各种用途。Si和Mn作为主要合金元素，在地球上储量相当大，并容易提取。是一个有前途的环境材料系列。在汽车薄板和冲压件上得到了广泛的应用典型例子二、环境协调性合金设计环境协调性合金的成分设计

尽量不使用环境协调性不好的元素。即将枯竭性元素和对生态环境\人体有较大毒害作用的元素。

对人体毒害作用比较大的元素有Cr、As、Pb、Ni、Hg等。含有这些元素的材料废弃后，会造成空气、土壤的污染，直接危害人体或通过生物链对人体造成毒害。因此，在材料设计过程中就要考虑到材料对生态环境的影响，其中无铅钎焊合金的研究开发就是典型的例子。金属空气中水中土壤中As47001.40.043Cd5802.97.0Cr6+470004100130Co242.00.065Cu0.240.0200.0052Fe0.0420.0036Pb1600.790.025Mn120Zn0.0330.00290.0070Hg1204.70.15Mo3.30.290.70Ni4700.0570.014表

某些金属元素对人体的毒害作用系数性能环境负荷比

环境负荷：代表资源、能源、三废的一个综合指标。性能环境负荷比：从环境保护角度评价材料性能优略的判据。即单位环境负荷时，材料某种性能相对大小。金属材料FeAlTiZnCrNiCu

Mn环境负荷(ELV)

1.33

9.04

15.518.216.719.424.05.0

比强度(σb/ρ)4.194.089.981.694.175.612.466.78弹性比功(σ2/E)6.681.250.250.390.472.910.181.29(σb/ρ)/ELV3.150.450.640.090.250.290.101.34(σ2/E)/ELV5.020.140.020.020.030.150.010.26常见金属材料的环境负荷及其性能环境负荷比1.9合金钢的分类和编号一、钢的分类二、钢的编号钢steel

以Fe为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。(GB/T13304.1-2008)注：在铬钢中含碳量可能大于2%，但2%通常是钢和铸铁的分界线。一、按用途分类普通碳素钢低合金高强度钢微合金化低合金高强度钢渗碳钢、氮化钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢刃具用钢模具用钢抗氧化钢，热强钢不锈钢耐酸钢易切削用钢等碳素工具钢低合金工具钢高速钢冷变形模具钢热变形模具钢塑料模具钢工程结构用钢(建筑，车辆，造船，桥梁)机器结构（零件）用钢工模具用钢特殊用途用钢二、按金相分类

a.亚共析钢（铁素体+珠光体）

b.共析钢（珠光体）

c.过共析钢（珠光体+渗碳体）a.珠光体钢b.贝氏体钢c.马氏体钢d.奥氏体钢。a.铁素体钢b.马氏体钢c.奥氏体钢d.双相钢退火状态正火状态按室温组织三、按化学成分分类按合金元素分按合金元素总量铬钢钼钢锰钢低合金钢＜5％中合金钢5～10％高合金钢＞10％碳钢合金钢普通碳钢优质碳钢低碳钢≤0.25%中碳钢0.25～0.6%高碳钢＞0.6％钢类合金结构钢%SP优质钢≤0.035≤0.035高级优质钢(A)≤0.030≤0.030特级优质钢(E)≤0.020≤0.025钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分普通(质量)钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。四、按冶金质量分类二、钢的编号钢的编号原则简单醒目，便于书写、识别，最好能表达出主要成分、用途及主要性能和相应状态。国外编号方法（1）数字＋字母（2）单独采用数字我国编号方法（1）GB标准钢号表示方法（2）GB标准ISC(统一数字代号)表示方法1、GB/T221-2008钢铁产品牌号表示方法

通常采用大写汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的牌号。另外：产品名称、用途、特性和工艺方法等，一般用汉语拼音字母字头表示。

牌号中的主要化学元素含量(％)为质量分数，采用阿拉伯数字表示。通常由四部分组成：（1）碳素结构钢和低合金结构钢编号方法第一部分前缀符号+强度值（以N/mm2或MPa为单位），其中通用结构钢前缀符号为代表屈服强度的拼音字母“Q”，专用结构钢的前缀符号见表1-1第二部分(必要时)钢的质量等级，用英文字母Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ等表示第三部分(必要时)脱氧方式表示符号，即沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢分别以“Ｆ”、“ｂ”、“Ｚ”、“ＴＺ”表示。镇静钢、特殊镇静钢表示符号通常可以省略第四部分(必要时)产品用途、特性和工艺方法表示符号，见表1-2牌号等级脱氧方法化学成分（质量分数）/%，不大于CSiMnPSQ235AF,Z0.220.0351.400.0450.050B0.200.045CZ0.170.0400.040DTZ0.0350.035编号示例：Q235A.F表示碳素结构钢，屈服强度≥235MPa，质量等级为A的沸腾钢类似的有：Q235D.TZ,Q235B.b,Q225A.Z主要用于工程构件。通常屈服强度值小于300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。表1-1专用结构钢的前缀符号产品名称采用的汉字及汉语拼音或英文单词采用字母位置汉字汉语拼音英文单词热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋——HotRolledPlainBarsHPB牌号头热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋——HotRolledRibbedBarsHRB牌号头细晶粒热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋+细——HotRolledRibbedBars+FineHRBF牌号头冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋——ColdRolledRibbedBarsCRB牌号头预应力混凝土用螺纹钢筋预应力、螺纹、钢筋——Prestressing、Screw、BarsPSB牌号头焊接气瓶用钢焊瓶HANPING——HP牌号头管线用钢管线——LineL牌号头船用锚链钢船锚CHUANMAO——CM牌号头煤机用钢煤MEI——M牌号头表1.2结构钢产品用途、特性和工艺方法表示符号产品名称采用的汉字及汉语拼音或英文单词采用字母位置汉字汉语拼音英文单词锅炉和压力容器用钢容RONG——R牌号尾锅炉用钢（管）锅GUO——G牌号尾低温压力容器用钢低容DIRONG——DR牌号尾桥梁用钢桥QIAO——Q牌号尾耐候钢耐候NAI

HOU——NH牌号尾高耐候钢高耐候GAONAIHOU——GNH牌号尾汽车大梁用钢梁LIANG——L牌号尾高性能建筑结构用钢高建GAOJIAN——GJ牌号尾低焊接裂纹敏感性钢低焊接裂纹敏感性——CrackFreeCF牌号尾保证淬透性钢淬透性——HardenabilityH牌号尾矿用钢矿KUANG——K牌号尾船用管采用国际符号部分结构钢牌号示例序号产品名称第一部分第二部分第三部分第四部分牌号示例1碳素结构钢最小屈服强度235N/mm2A级沸腾钢Q235AF2低合金高强度结构钢最小屈服强度345N/mm2D级特殊镇静钢Q345DTZ3热轧光圆钢筋屈服强度特征值235N/mm2HPB2354热轧带肋钢筋屈服强度特征值335N/mm2HRB3355细晶粒热轧带肋钢筋屈服强度特征值335N/mm2HRBF3356冷轧带肋钢筋最小抗拉强度550N/mm2CRB5507预应力混凝土用螺纹钢筋最小屈服强度830N/mm2PSB8308焊接气瓶用钢最小屈服强度345N/mm2HP3459管线用钢最小规定总延伸强度415MPaL41510船用锚链钢最小抗拉强度370MPaCM37011煤机用钢最小抗拉强度510MPaM51012锅炉和压力容器用钢最小屈服强度345N/mm2特殊镇静钢压力容器“容”首位字母“R”的汉语拼音Q345R

编号方法用两位数字表示钢平均含碳量的万分之几较高含锰量的优质碳素结构钢，加Mn符号钢材冶金质量，即高级优质钢、特级优质钢分别

用A、E表示，优质钢不用字母表示脱氧方式表示符号，即沸腾钢、半镇静钢、镇静钢分别以“F”、“b”、“Z”表示，但镇静钢表示符号通常可以省略必要时产品用途、特性或工艺方法表示符号，见表1-2。（2）优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢编号方法牌号举例：

45：表示含碳量为0.45％的碳素结构钢。10，20，35，10F，50MnE，20R等均为优质碳素结构钢，65Mn为优质碳素弹簧钢编号方法用“T”（碳）＋表示含碳量千分之几的数值表示。锰含量高的加Mn元素符号（3）碳素工具钢编号方法牌号举例：

T8－表示含碳量为0.8％的碳素工具钢。类似钢号：T7，T9，T10，T9A，T10A，T8MnAA－表示高级优质钢一般以平均含碳量的万分之几表示，如40Cr，40CrNiMo等。合金结构钢含碳量小于1％时用千分之几表示，如9SiCr，9Mn2V等。含碳量大于1％时不标碳含量，如Cr12MoV，CrWMn等。含碳量（4）合金钢的编号方法合金工具钢例外：高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C).合金元素含量平均含量少于1.5％的合金钢仅表示元素，一般不标含量。如：40Cr。特殊情况下，为避免混淆可标1。含量在1.5％～2.49％，2.5％～3.49％，…22.5％～23.49％…，分别以2，3，…23…表示。如：60Si2，W6Mo5Cr4V2含碳量不标（0.95～1.05％，1.0～1.10％），在钢号前冠以“G”（滚），Cr的含量用千分之几表示，如：GCr15一般原则铬轴承钢Cr含量≤1%，用千分之几表示，在数字前加“0”，如：Cr06低铬工具钢钢中的V、Ti、Nb、B、Re等微合金元素，虽然含量很低，仍在钢号中标出，如：20MnVB微合金元素编号方法用两位或三位数字表示含碳量最佳控制值合金元素和微量元素表示方法同合金钢（5）不锈钢和耐热钢编号方法牌号举例：06Cr19Ni10、20Cr15Mn15Ni2N、20Cr25Ni20、022Cr18Ti、102Cr17Mo一般用两位数字表示含碳量的万分之几，当平均含碳量超过1时，用三位数字，但仍然是万分之几（第一位数字是1）；对于超低碳不锈钢（含碳量0.03%），用三位数字表示含碳量的十万分之几（第一个数字是0）；（6）编号补充说明高级优质钢，在钢号后加“A”特级优质钢，在钢号后面加“E”如：20Cr2Ni4A易切削钢，在钢号前加“Y”表示如：Y20，Y40Mn非调质机械结构钢（微合金非调质钢），在钢号前加“F”表示如：F45V，F35MnV2.GB标准ISC表示方法ISC（IronandSteelCode）：

钢铁及合金牌号统一数字代号体系(便于数字化管理)

单个大写拉丁字母作为前缀，后面5位阿拉伯数字;第1位数字代表各类钢产品的分类，第2~5位数字代表不同分类内的编组和同一编组内区别不同牌号的顺序。编号方法钢铁及合金类型统一数字代号表

小结材料学核心是合金化基本原理，这是材料强韧化矛盾的主要因素。要真正理解“合金元素的作用，主要在于对合金材料相变过程的影响，而良好的作用只有在合适的处理条件下才能得到体现。”掌握了合金元素作用及其在加工过程中的演化规律，才能更好地理解各类钢设计与发展，才能更好地开发新工艺、新材料。合金化设计K类型及性质K形成规律对相图影响对C线的影响组织设计Me对过程影响Me对工艺性作用强韧化矛盾演化规律钢强化基本机理合金韧化基本途径

2.1工程结构钢的基本要求

2.2低合金高强度结构钢的合金化

Me对力学性能\焊接性和耐大气腐蚀性的影响

2.3铁素体-珠光体钢

2.4微珠光体低合金高强度钢

2.5针状铁素体钢

2.6低碳贝氏体和马氏体钢

2.7双相钢

第2章工程结构钢

工程结构钢是指专门用来制造工程结构件的一大类钢种。在钢总产量中，工程结构钢占90％左右。工程结构钢包括碳素钢和低合金高强度钢。低合金高强度钢是指在C＜0.25%（质量分数）的普通碳素钢的基础上，通过添加一种或多种少量合金元素（低于3%），使钢的强度明显高于碳素钢的一类工程结构用钢，统称低合金高强度钢。按用途可分为结构钢、耐腐蚀钢、低温用钢、耐磨钢、钢筋钢、钢轨钢及其他专业用钢等.钢制桥梁压力容器输油管道辽宁号航母

国家体育场（鸟巢）总用钢量达到11万吨，其中外部钢结构的钢材用量为4.2万吨。客车及农业机械镀锌C型钢用于上海大剧院屋架桁架浦东国际机场侯机楼及道路护栏现代化蔬菜棚耐候Z型钢用于体育馆高强度耐侯厚壁冷弯高频焊管用于东方明珠塔2.1工程结构钢的基本要求

工程结构件长期受静载；互相无相对运动受大气（海水）的侵蚀；有些构件受疲劳冲击；一般在-50~100℃范围内使用；如：桥梁、船舶等受到像风力或海浪冲击.服役条件生产工艺

焊接是构成金属结构的常用方法；一般都要经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺技术要求

1、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；

3、良好的耐腐蚀性；

4、低的成本。2.2

低合金高强度结构钢的合金化

1、Me对低合金高强度钢力学性能的影响C↑固溶强化效果和珠光体含量，低成本。↑C，↓塑、韧性，↓焊接性、冷成型。如0.1%C，TK为-50℃，0.3%C，TK为50℃一般均应限制在0.2%以下Si

最常用且较经济的元素。强化F较显著，1%Si，σs↑85MPa，↑TK，量多时可大为降低塑韧性，所以Si控制在<1.1%Mn

固溶强化作用大，1%Mn，ReL↑33MPa。约有3/4量溶入F中，弱的细晶作用(↓A3)，↓TK。同样量多时可大为降低塑韧性.

所以Mn控制在<1.8%。Nb\VTi\Al

形成稳定细小的K、氮化物等，粒子2~10nm，既细晶又沉淀强化，↑ReL，↑δ、AK，综合效果↓TK。改善焊接性。作用顺序:Ti>Nb>Al>V。Re脱S去气，净化，改变夹杂，↑塑韧性，↓TK

所以，低合金高强度钢的基本成分应考虑低碳，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－脆转折温度与碳含量的关系

2、Me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；焊缝与母材结合牢固，强度不低于母材；焊缝的热影响区保持足够的强度与韧性，没有裂纹及各种缺陷。控制CC↑→焊缝处硬化与脆化倾向↑，焊接裂纹↑。提高淬透性的Me种类及其数量也应适当控制，如Cr、Mn、Mo、Ni等。CuP

↑耐大气腐蚀性最有效的元素。一般含量:0.025~0.25%Cu

，0.05~0.15％P

。↑P，冷脆和时效倾向增加，→用Al脱氧→细晶粒钢。复合加入Cr、Ni，则↑钢耐蚀性效果更佳。如：Q295GNH(0.07~0.12P,0.25~0.45Cu,0.30~0.65Cr,0.25~0.50Ni)时效现象

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，钢的性能会发生明显变化的现象。（淬火时效和机械时效(应变时效)）产生原因C、N等间隙原子偏聚或内吸附于位错等晶体缺陷处。提高硬度、降低塑性和韧度。如：某钢板刚变形时，AK120J，十天后降为35J；焊接钢板在三个月后由92J降为33J。当然桥梁、船舶等突然断裂的原因很多。共振、应力波等思考题：

退火后的低C钢板一般在深冲前，先进行一次少量变形的平整加工，然后才进行深冲，为什么?2.3铁素体-珠光体钢

（普通碳素钢/低合金高强度钢）F-P类型是工程结构钢中最主要的一类钢。有Q195、Q215、Q235、Q275（普钢）和

Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690（普低钢）共十二个牌号。根据质量要求分为A、B、C、D、E五个等级。A、B级为普通质量级；C级为优质级；D级和E级为特殊质量级，有低温冲击韧性要求。

组织：10~25％片层状P+75~90％多边形F。低合金高强度钢=普通碳素钢+少量合金元素最新研究成果：如F晶粒尺寸细化到μ级，则F-P类低合金高强度钢的强度也可达到800MPa强化：固溶、细晶、沉淀韧化：通过细晶↓TK，抵消K等析出的脆化主加:Mn和Si。微合金元素:Nb、V、Ti、Al等低碳铁素体/珠光体钢超细晶强韧化与控制技术

——2004年度国家科学技术进步一等奖主要特点

超细晶粒、高洁净度、高均匀性。生产节约能源和资源，不用或少用Me，改善环境，↓成本，具有更高的经济效益。如何形成微米级的超细晶是该项目的核心技术和难点。具体指标

采用形变诱导F相变，可把F晶粒细化到2~5μm（碳钢）和1~2μm（微合金钢）。碳钢的ReL由200MPa提高到350~400MPa；低合金钢由350~400MPa提高到600~700MPa。低碳铁素体/珠光体钢超细晶钢材制品2.4微珠光体低合金高强度钢

石油、天然气开发，需要大量输送管线。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。输送油气距离越长，压力越大，质量要求也越高。油气管线用钢发展为微P低合金高强度钢。强化机理

对F-P钢,P量每↑10%，将使TK↑22℃。油气管线用钢:↓C,<0.1%；为保证强度，就必须采用其它不损害或少损害焊接性和韧度的强化措施。→析出强化和晶粒细化↑钢性能。→Nb、V、Ti微合金化和控轧处理工艺。1)控制轧制的三个阶段1、控制轧制和控制冷却及其组合第一阶段：在高温下的再结晶区变形第二阶段：在紧靠Ar3以上的低温无再结晶区变形第三阶段：在A-F两相区变形TMCP（Ther