工程结构钢课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Weiping YE,*,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,金属材料学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,武汉理工大学 材料学院,School of Materials Science and Engineering,WUT,Chapter 2,工程结构钢,热轧钢板,1武汉理工大学 材料学院Chapter 2 工程结构钢,*,Weiping YE,2,本章要点,工程结构钢基本要求,低合金高强度结构钢的合金化,铁素体,-,珠光体钢,微珠光体低合金高强度钢,针状铁素体钢,低碳贝氏体和马氏体钢,双相钢,新一代钢铁材料,低合金高强度钢发展趋势,*Weiping YE2本章要点工程结构钢基本要求,*,Weiping YE,3,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碳含量低于,0.25%,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,*Weiping YE3工程结构钢工程结构钢是指专门用来制,*,Weiping YE,4,2.1,工程结构钢基本要求,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,-50100,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。,*Weiping YE42.1 工程结构钢基本要求 工程结,*,Weiping YE,5,2.2,低合金高强度结构钢的合金化,Me,对,HSLA,力学性能影响,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,，,T,K,为,-50,，,0.3%C,，,T,K,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,，,s,85MPa,，,T,K,，量多时可大为,降低塑韧性，所以,Si,控制在,1.1%,*Weiping YE52.2 低合金高强度结构钢的合金化,*,Weiping YE,6,2.2,低合金高强度结构钢的合金化,Me,对,HSLA,力学性能影响,Mn,固溶强化作用大，,1%Mn,，,s,33MPa,。,约有,3/4,量溶入,F,中，弱的细晶作用，,TK,。,同样量多时可大为降低塑韧性,.,所以,Mn,控制在,Nb,Al,V,。,*Weiping YE62.2 低合金高强度结构钢的合金化,*,Weiping YE,7,2.2,低合金高强度结构钢的合金化,Me,对,HSLA,力学性能影响,Re,脱氧去硫吸氢作用，改善,塑韧性，,T,K,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。,*Weiping YE72.2 低合金高强度结构钢的合金化,*,Weiping YE,8,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,*Weiping YE8 合金元素对低合金高,*,Weiping YE,9,（,a,）强化机制的影响 （,b,）成分的影响,图,F,-,P,钢的各种强化机制和成份对屈服强度和韧,-,脆转折温度的影响,*Weiping YE9（a）强化机制的影响,*,Weiping YE,10,2.2,低合金高强度结构钢的合金化,Me,对焊接性和耐大气腐蚀性的影响,C,C,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。,Cu,P,耐大气腐蚀性最有效,的元素。,一般,含量,:,0.0250.25%,Cu,，,0.050.15,P,。,P,，冷脆,和时效倾向增加。,用,Al,脱氧,细晶粒钢。,复合加入适量元素，则钢耐蚀性效果更佳。,如,090CuPCrNi-A,、,09CuP,、,09CuPCrNi-B,*Weiping YE102.2 低合金高强度结构钢的合金,*,Weiping YE,11,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）,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，,A,K,120J,，十天后降为,35J,；焊接钢板,在三个月后由,92J,降为,33J,。,*Weiping YE11时效 低碳工程构件经加工或高温,*,Weiping YE,12,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，然后再进行深冲，为什么,?,*Weiping YE12思考题：,*,Weiping YE,13,2.3,铁素体,-,珠光体钢,碳素结构钢,Q+,最低屈服强度值,(MPa),；,+,质量等级符号,(,A,、,B,、,C,、,D,、,E),+,脱氧方法符号,如,Q235AF,、,Q235BZ,一般以热轧空冷状态供应,钢板,沸腾钢,F,；镇静钢,Z,；半镇静钢,b,；特殊镇静钢,TZ,*Weiping YE132.3 铁素体-珠光体钢碳素结,*,Weiping YE,14,2.3,铁素体,-,珠光体钢,碳素结构钢,（,GB/T700,1988,）,*Weiping YE142.3 铁素体-珠光体钢碳素结,*,Weiping YE,15,2.3,铁素体,-,珠光体钢,低合金高强度,结构钢,（,屈服强度提高25%100%）,都是镇静钢或特殊镇静钢，,其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如,Q345C,屈服点从300650,MPa,分为六级，,也可采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如,16Mn,。,*说明：,通常情况下，屈服强度值小,300MPa,时为碳素结构钢，大于,300MPa,时为低合金高强度钢。,*Weiping YE152.3 铁素体-珠光体钢低合金,*,Weiping YE,16,2.3,铁素体,-,珠光体钢,最新研究成果：如,F,晶粒尺寸细化到,级，则,F-P,类低合金高强度钢的强度也可,达到,800MPa,F-P,类型是工程结构钢中最主要的一类钢。有,Q295,、,Q345,、,Q390,、,Q420,、,Q460,五个牌号。根,据质量要求分为,A,、,B,、,C,、,D,四个等级。,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：,1025,片层状,P+7590,多边形,F,。,*Weiping YE162.3 铁素体-珠光体钢,*,Weiping YE,17,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,2-5m,（碳钢）和,1,2m,（微合金钢）。碳钢的,s,由,200MPa,提高到,350,400MPa,；低合金钢由,350,400MPa,提高到,600,700MPa,。,*Weiping YE17低碳铁素体/珠光体钢超细晶强韧化,*,Weiping YE,18,低碳铁素体,/,珠光体钢超细晶钢材生产工艺控制和不同的制品,*Weiping YE18 低碳铁素体/珠光体钢超细晶钢,*,Weiping YE,19,2.4,微珠光体低合金高强度钢,强化,机理,对,F-P,钢,P,量每,10%,，将使,T,K,22,。,油气管线用钢,:C,0.1%,；为保证,，,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。,*Weiping YE192.4 微珠光体低合金高强度钢强,*,Weiping YE,20,控制轧制和控制冷却技术,高温形变热处理,F,大幅度晶粒细化强度和韧度。,控制轧制和控制冷却的组织变化模式图,图中轧制温度向右边降低，上层表示奥氏体组织变化，下层表示奥氏体开始相变后组织及,F,核的形成,*Weiping YE20控制轧制和控制冷却技术控制轧制和,*,Weiping YE,21,图,各种轧制程序模式图,CR,：控制轧制,；,A,c,C:,控制冷却,*Weiping YE21图 各种轧制程序模式图,*,Weiping YE,22,2.4,微珠光体低合金高强度钢,微合金元素的作用,阻止加热时奥氏体晶粒长大,抑制奥氏体形变再结晶,在热加工过程中，奥氏体会发生形变再结晶使晶粒回复粗大。但应变动态析出,Nb,、,V,、,Ti,的碳氮化物，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运动，从而抑制奥氏体形变再结晶。,*Weiping YE222.4 微珠光体低合金高强度钢微,*,Weiping YE,23,微合金元素对钢的屈服强度的影响（,G,：晶粒细化,Ph,：析出强化）,*Weiping YE23 微合金元素对钢的屈服强度,*,Weiping YE,24,2.5,针状铁素体钢,基本,特点,针状铁素体（,acicular ferrite,，简写,AF,）,钢实际上属于超低碳贝氏体钢。,0.06,C+,适量,Mn,、,Mo,、,Nb,等 具有,高密度位错（,10,10,cm,2,）亚结构的“针状,F”,组织（超低碳,B,）。,s,达,700800MPa,，低,温冲击韧性、焊接性更好,.,用于现场焊接条件及其寒冷地带管线。被,称为,21,世纪的控轧钢。,*Weiping YE242.5 针状铁素体钢基本,*,Weiping YE,25,2.6,低碳贝氏体和马氏体钢,低碳贝氏体钢是指含碳量为,0.100.15%,，使用状态组织为,B,的钢。贝氏体钢通常是在轧制空冷或控制冷却，直接获得,B,组织。,由于,B,的相变强化，低碳贝氏体钢与相同含碳量的铁素体,-,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,450980MPa.,*Weiping YE252.6 低碳贝氏体和马氏体钢低碳,*,Weiping YE,26,主要,特点,合金元素是保证在较宽的冷速范,围内获得以贝氏体为主的组织,成分特点,:,?,0.5%,左右,Mo+,微量,B,（,0.005%,）,+Mn,、,Cr,、,Ni,等,+Nb,、,Ti,、,V,主要用于制造容器的板材。,14MnMoV,和,14MnMoVBRE,钢是我国发展的,低碳贝氏体钢，屈服强度为,490MPa,级,*Weiping YE26主要 合金元素是保证在较宽的,*,Weiping YE,27,2.6,低碳贝氏体和马氏体钢,低碳马氏体,0.16%C,，加入,Mo,、,Nb,、,V,、,B,及控制,Mn,或,Cr,与之,配合 淬火回火处理组织为低碳回火马氏体。,BHS-1,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。,达到合金调质钢调质,后的性能水平。,制造汽车的轮臂托架