工程构件用合金结构钢培训课件(ppt 104页).ppt

Chapter 2 工程构件用合金结构钢;Chapter 2 工程构件用合金结构钢;重点与难点：工程结构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。 ;一、应用背景 工程构件用合金结构钢是在普通碳素结构钢的基础上发展起来的，主要用于制造各种大型金属结构（如桥梁、船舶、屋架、锅炉及压力容器等）的钢材。 ;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 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能力，即σs和σb较高，而δ和ψ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。;四、工艺性能要求 良好的冷变形性能； 良好的焊接性能。 ;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。;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 ;二、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，很少加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； 加入微量的稀土金属也有良好的效果。;（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。 ;我国低合金高强度结构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。 我国低合金高强度结构钢的化学成分、力学性能和特性及用途分别如表2-1、表2-3所示。 ;一、微合金化钢是70年代在低合金高强度结构钢基础上发展起来的一大类高强度低合金钢。 其化学成分特点是加入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生产工艺。 通过化学成分和制备工艺的最佳配合达到了铁素体型钢的最佳强化效果，即细化晶粒强化和沉淀强化的最佳组合。 ;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，通过固溶、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行。;图2-1 Nb、V和Ti对再结晶临界温度的影响;2.阻止奥氏体晶粒的长大 通过加入钛和铌形成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强烈的抑制作用。 微量铌（w≤0.06%）形成的Nb(C,N) 阻止奥氏体晶粒长大作用可达1150℃； 微量钛（w≤0.02%）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 ;3.形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。钒只有在氮化物中才这样。一般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贡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贡献大于细化晶粒的作用。;微合金化元素钒的沉淀强化对屈服强度的作用最大，而钛的作用处于铌和钒之间。;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，低温下形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 ;2.2 微合金化