工程构件合金结构钢探究.ppt

 工程构件用合金结构钢  主 要 内 容 第一节 低合金高强度结构钢 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 新一代钢铁材料 工程构件用合金结构钢 教学要求:???? 基本要求: 了解工程结构用钢的性能特点及用途，熟悉常用低合金构件用钢。 重点与难点： 各种工程结构用钢的成分特点，合金元素的作用，显微组织与力学性能。 一、应用背景 二、工程构件的服役特点 不作相对运动，长期承受静载荷作用，有一定的使用温度和环境要求。 如寒冷的北方，构件在承载的同时，还要长期经受低温的作用；桥梁或船舶则长期经受大气或海水的浸蚀；电站锅炉构件的使用温度则可达到250℃以上。 三、力学性能要求 弹性模量大，以保证构件有更好的刚度； 有足够的抗塑性变形及抗破断的能力，即σs和σb较高，而δ和ψ较好； 缺口敏感性及冷脆倾向性较小等； 具有一定的耐大气腐蚀及海水腐蚀性能。 四、工艺性能要求 良好的冷变形性能和焊接性能。 以工艺性能为主，力学性能为辅。 五、成分设计要求 低碳（wC%≤≤0.25%）； 加入适量的合金元素提高强度（1）当合金元素含量较低时，如低合金高强度结构钢和微合金化钢，其基体组织是大量的铁素体和少量的珠光体；（2）当合金元素含量较多时，其基体组织可变为，贝氏体、针状铁素体或马氏体组织。 六、供货状态?? 大部分构件通常是在热轧空冷（正火）状态下使用，有时也在回火状态下使用。 2.1 低合金高强度结构钢（普通低合金结构钢） 一、普通低合金高强度结构钢的化学成分特点 （1）低碳，这类钢中碳的质量分数一般小于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，加很少Cr和Ni，是经济性能较好的钢种。 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]〈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的加入还可使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。 （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）加入一定量的Cu和P，改善这类钢的耐大气腐蚀性能。 Cu元素沉积在钢的表面，具有正电位，成为附加阴极，使钢在很小的阳极电流下达到钝化状态； 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，减少电化学腐蚀； （5）加入微量稀土元素可以脱硫去气，净化钢材，并改善夹杂物的形态与分布，从而改善钢的力学性能和工艺性能。 二、低合金高强度结构钢的化学成分、机械性能和用途 表2-1 为我国发展的的牌号、化学成分和机械性能 表2-2 国外几种低合金高强度结构钢的的化学成分和力学性能 表2-3 我国低合金高强度结构钢的特性及用途 2.2 微合金化钢 一、化学成分特点 加入适量的微合金化合金元素，如钛、铌、钒等。 二、工艺特点 运用控制轧制和控制冷却生产工艺。 通过化学成分和制备工艺的最佳配合达到最佳强韧化效果，即细化晶粒强化和沉淀强化等的最佳组合。 三、微合金元素在钢中的作用 阻止奥氏体晶粒的长大 抑制奥氏体形变再结晶 形成沉淀相促进沉淀强化 图2.1 Nb在钢中的作用 图2.2 V在钢中的作用 图2.1 Nb在钢中的作用 2.3 低碳贝氏体钢、针状铁素体钢及铁素体-马氏体双相钢 2.3 低碳贝氏体钢、针状铁素体钢及铁素体-马氏体双相钢 具有铁素体-珠光体组织的低合金钢和微合金钢的屈服强度的极限约为460MPa。 若要求更高强度和韧性的配合，就需要考虑选择其它类型组织的低合金钢，如采用相变强化的方法，因而发展了低碳贝氏体型、低碳索氏体型及低碳马氏体型钢。 主要是适当降低钢的含碳量以改善韧性，由此造成的强度损失可由加入合金元素通过控制轧制和控制冷却后形成低碳贝氏体或马氏体的相变强化的方法得到补偿。配合加入微合金化元素，如铌以细化晶粒并进一步提高韧性。 一、低碳贝氏体钢 在轧制或正火后控制冷却，得到低碳贝氏体组织，与相同含碳量的铁素体-珠光体组织相比，具有更高的强度和良好的韧性。利用贝氏体相变强化，钢的屈服强度可达490-780MPa。 1贝氏体钢的成分 主加合金元素是Mo和B，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。钼和硼对CCT图的影响如图2-7。 在此基础上再加入Mn、Cr、Ni元素，进一步推迟先共析铁素体和珠光体转变，并使Bs下降，以获得下贝氏体组织。 通过微合金化