第2章 工程结构钢--2011.ppt

1、概述 合金化 常用工程结构钢 工程结构钢的冶金工艺特点,第二章 工程结构钢,工程结构钢 结构钢 机械制造结构钢,2.1 概 述,工作条件不同 性能要求不同 组织不同 合金化和热处理技术不同,概念 指专门用来制造各种工程结构的一大类钢种，如制造桥梁、船体、油井或矿井用钢、钢轨、高压容器、管道和建筑钢结构等。 组织 热轧态或正火态使用的低C钢; 组织为F+P; B或M；多相组织（或F+A，F+M等）。 性能要求 足够高的强度、良好的塑性; 适当的常温冲击韧性，有时要求适当的低温冲击韧性; 良好的工艺性能（成形性、焊接性）； 一定的耐蚀性。,2. 2 工程结构钢的合金化,一. 工程结构钢的强化 固溶

2、强化C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo 细晶强化 Ti,Nb,V; Cr,Mn,Ni,Mo 沉淀强化 V, Ti, Nb 珠光体含量 C,二. F-P组织的冲击韧性和脆性转化温度,C量越高，冲击韧性下降，脆化温度升高； Ni, Mn, Cr提高冲击韧性，降低脆化温度； 细化晶粒； Ti, Nb, V 提高强度，对韧性影响不大； 非金属夹杂物降低韧性。,当合金元素含量高时, 可焊性变差； 用碳当量来表示： 碳当量大于0.40.5%时,可焊性变差； 常用多元少（微）量合金化； 微合金化元素，尤其是0.01-0.02%Ti, 可提高钢的焊接性。,三. 工程结构钢的可焊性,多在潮湿空气或海洋大

3、气中服役, 会产生电化学腐蚀； 少量Cu, P, Ni, Cr等元素, 可提高抗大气腐蚀能力; 常用耐候钢钢种 09CuPTi, 08CuPV, 10MnPNbRE等。,四.工程结构钢的耐大气腐蚀性,2.3 常用工程结构钢,铁素体-珠光体（F-P）钢 碳素工程结构钢 高强度低合金钢 微合金钢 低碳贝氏体钢和马氏体钢 低碳贝氏体钢 针状铁素体钢 低碳马氏体钢 双相钢,一. 铁素体-珠光体（F-P）钢,1.碳素工程结构钢 碳钢 碳素结构钢 普通碳结构钢 优质碳结构钢 碳素工具钢 以Fe-C + 少量Mn, Si, S, P（常存元素） + Cu, Cr, Ni, Mo, V, Ti; N, H,

4、O,碳素结构钢 钢中应用最多的、数量最大的。常轧制成板材、型材及异型材，一般不需要经热处理直接使用。用于一般结构和工程。 钢的牌号由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、）脱氧方法符号等四部分按顺序组成。,图示：F+P 组织,含碳量与对热轧碳钢机械性能的影响,几个元素引起的脆性 热脆- -S 冷脆- -P 蓝脆- -N 氢脆- -H 白点- -H,碳量提高，硬度提高； 碳量提高，强度先升后降； 碳量提高，塑韧性降低； WHY？,普通碳素结构钢的牌号、成分与用途(GB700-88),二. 高强度低合金钢（HSLA steels）,1. 概念及特点 概念：一种含有少量合

5、金元素具有较高强度的结构钢。 特点：强度较高；合金消耗量小，成本低廉；工艺简单，适合于大量生产；可焊性能较好；应用广泛。 按屈服强度可分为Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620和Q690等八个级别； 典型钢种：Q345：相当于16Mn，16MnRE、18Nb、14MnNb、12MnV。 Q390：相当于15MnV、15MnTi、16MnNb。 Q420：相当于15MnVN、14MnVTiRE。 合金元素强化机制 固溶强化，细晶强化和沉淀强化。,合金元素对低合金高强度钢的固溶强化效果 钢的韧-脆转变温度与碳含量的关系,铁素体-珠光体钢各种强化机制和成分对屈服强度和韧

6、-脆转变温度的影响 注：向量值表明屈服强度每增加15MPa，韧-脆转变温度的变化量,2. 钢种及用途 16Mn 产量最多，用量最广。345MPa 15MnTi,16MnNb,15MnV，15MnVN 屈强：390Mpa，利用低合金与微合金相结合。在建筑，石油，化工，铁道，桥梁，造船，机车，锅炉等应用广泛。 09CuPCrNi，09CuP,三. 微合金钢 1. 概念 利用微合金化元素Ti, Nb, V； 主要依靠细晶强化和沉淀强化来提高强度； 利用控制轧制和控制冷却工艺- 高强度低合金钢。 2. 微合金元素的作用 抑制奥氏体形变再结晶； 阻止奥氏体晶粒长大； 沉淀强化； 改变与细化钢的组织。,3

7、. 轧制方法 铌主要用来在高温形变时产生应变诱导析出相 Nb（C，N），细化奥氏体晶粒； 钒主要用来产生沉淀强化相V（C, N）； 目前微合金元素组合方法： 1）V-Ti法或V-Ti-N 法 2）Nb-V或 V-Nb-Ti复合法,四. 低碳贝氏体钢和马氏体钢 1. 低碳贝氏体钢 1）概念 在轧制或正火后得到B组织，屈服强度可达到490-780 MPa。 2）合金化原理 合金元素主要是能显著推迟先共析 F和P转变，但对B转变推迟较少的元素如Mo，B，可得到贝氏体组织。 如14MnMoV及14CrMnMoVB。屈服强度分别为大于490MPa和640MPa。,加入Mn, Ni, Cr等合金元素，进一

8、步推迟先共析F和P转变，并使Bs点下降，可得到下B组织； 加入微合金化元素充分发挥其细化作用和沉淀作用； 低碳,使韧性和可焊性提高。钢种14MnMoV, 14MnMoVBRE，用来制造容器。,上贝氏体组织,2. 针状铁素体钢 低碳或超低碳的针状F，实质上也是属于低碳B钢 C470MPa，如 06MnMoNb, 09MnMoVNb 具有好的低温韧性，而且有良好 焊接性，成功地应用于制造寒带 输送石油和天然气的管线。,针状铁素体,3. 低碳马氏体钢（C0.25%） 性能：更高的强度（1000 MPa级）和良好的焊接性,超群的疲劳性能； 合金元素：Al、Nb、V、B及Mn, Cr 1）锻轧空冷得到B

9、+M+F混合组织； 2）轧后淬火并自回火 , 得到 M 组织。 如 0.10C-1.80Mn-0.45Mo-0.05%Nb 。 锻轧后空冷：B + M + F混合组织。s：828MPa，Ak：96J。 直接淬火+自回火：低碳马氏体。 s：935MPa，Ak：50J。 Mn-Si-V-Nb系， s：8601116MPa，Ak为4675J。 应用：运动的部件和低温下使用的部件。,4. 双相钢 近7080%细晶多边形F+2030%M; 通过两相区加热淬火或热轧后空冷; 高强度，良好冷成型性能， 极佳冲压性能（薄板或带钢 深冲用钢材）; 分为退火双相钢和热轧双相钢； 钢种举例：Si-Mn-Cr-Mo-

10、V。,F+B双相钢,2.4 工程结构钢的冶金工艺特点 冶炼工艺 1）固N：Al脱氧; 2）控S：降低S%；改变MnS形态; 3）加入微合金元素：强化与细化。 控制轧制与控制冷却 热处理工艺与金相组织 正火或淬回火 ，F-P，B，M,F-P的理想组织,带状组织,控制轧制与控制冷却 控制轧制 主要由三个阶段组成： 1）高温下的再结晶区变形； 2）在紧靠Ar3以上的低温无再结晶区变形； 3）在奥氏体和铁素体两相区变形 钢坯的加热温度、保温时间、开轧温度、轧制道次和道次变形量、终轧温度以及轧后冷却等参数，都极为重要。通过控制轧制过程中的各种参数，形成轧制工艺。 控制冷却 主要在相变后的卷取过程。,采用CSP工艺的典型企业,马来西亚梅加厂,德国蒂森,韩国韩宝,CSP工艺与传统连铸连轧工艺热历史的比