1、第2章 工程構造鋼 .概念指專門用來制造各種工程構造的一大類鋼種，如制造橋梁、船體、油井或礦井用鋼、鋼軌、高壓容器、管道和建筑鋼構造等。組織熱軋態(tài)或正火態(tài)運用的低C鋼;組織為F+P; B或M。性能要求足夠高的強度、良好的塑性;適當?shù)某貨_擊韌性，有時要求適當?shù)牡蜏貨_擊韌性;良好的工藝性能。.大橋船舶屋架壓力容器. 工程構造鋼包括碳素鋼和低合金高強度鋼。 低合金高強度鋼是指在碳含量低于0.25%質量分數(shù)，下同的普通碳素鋼的根底上，經(jīng)過添加一種或多種少量合金元素低于3%，使鋼的強度明顯高于碳素鋼的一類工程構造用鋼，統(tǒng)稱低合金高強度鋼。 .5碳素構造鋼1、碳素工程構造鋼的分類、成分及性能特點 1)編

2、號 Q屈服點質量等級脫氧 Q：表示屈服強度 屈服點：分為5個等級：195，215， 235，255， 275MPa.6質量等級： 分A，B，C，D四個等級，表示對沖擊實驗的要求不一樣。 A：不要求， B：20時27J。 C：0時27J， D：2027J。 脫氧：鎮(zhèn)靜鋼：不表示。 沸騰鋼：F； 半鎮(zhèn)靜鋼：b。.72)特點： (1)碳含量較低。0.06-0.38%C (2)熱軋態(tài)供貨，不需熱處置，組織為FP。 (3) S，P含量隨質量等級提高而減少。3)用途 主要用于工程構造鋼。 產量大。.2、Me對鋼組織、性能的影響碳素工程構造鋼中的根本元素是 Fe、C、Mn、Si、S、P 1C C 強度上升，

3、塑韌性下降，焊接性能下降、冷脆性 及時效敏感性添加；2Mn Mn是殘留物，可以減輕S的有害性；3Si 作為脫氧劑殘留于鋼中，可提高鋼的強度硬度及彈 性，降低塑韌性；4S 煉鋼中殘留的有害物質熱脆。5P P也為有害物質冷脆。H-氫脆O-夾雜有害物質.3、常用碳素工程構造用鋼3Q235 C量適中，是最通用的工程構件用鋼之一，具有 一定的強度、塑性及良好的焊接性；5Q275 C、Si、Mn含量較高，具有較高的強度及硬度 較好的塑性及耐磨性，而塑性較低。4Q255 良好的強度、塑韌性、焊接性及冷熱壓力加工。2Q215 C、Mn含量低，強度不高，塑韌性好，同時具有良好的焊接性能及工藝成型性。1Q195

4、C、Mn含量低，強度不高，塑韌性高；.Q1950.06-0.12%C、Q2150.09-0.15%C、Q235A0.14-0.22%C、B0.12-0.20%C、Q2550.18-0.28%C、Q2750.28-0.38%C 碳素構造鋼的鋼號用屈服強度表示。這類鋼主要用于制造普通的機械零件和工程構件。屈sQ195.2.1 工程構造鋼的根本要求 工程構造件長期受靜載；相互無相對運動受大氣海水的侵蝕；有些構件受疲勞沖擊；普通在-50100范圍內運用；如：橋梁、船舶等遭到像風力或海浪沖擊.服役條件消費工藝 焊接是構成金屬構造的常用方法；普通都要經(jīng)過如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝技術要求 1、足夠

5、的強度與韌度特別是低溫韌度； 2、良好的焊接性和成型工藝性； 3、良好的耐腐蝕性； 4、低的本錢。.組織熱軋態(tài)或正火態(tài)運用的低C鋼;組織為F+P; B或M。性能要求足夠高的強度、良好的塑性;適當?shù)某貨_擊韌性，有時要求適當?shù)牡蜏貨_擊韌性;良好的工藝性能。2.2 低合金高強度構造鋼的合金化.2.2 低合金高強度構造鋼的合金化1、Me對低合金高強度鋼力學性能的影響C 固溶強化效果和珠光體含量，低本錢。 C，塑、韌性，焊接性、冷成型。如0.1%C，TK為-50，0.3%C，TK為50普通均應限制在0.2%以下Si 最常用且較經(jīng)濟的元素。強化F較顯著，1%Si，s85MPa，TK，量多時可大為降低塑韌

6、性，所以Si控制在1.1%.Mn 固溶強化作用大，1%Mn，s33MPa。約有3/4量溶入F中，弱的細晶作用，TK。同樣量多時可大為降低塑韌性. 所以Mn控制在NbAlV。Re 脫氧去硫吸氫作用，改善塑韌性，TK 所以，低合金高強度鋼的根本成分應思索低碳，稍高的錳含量，并適當用硅強化。. 合金元素對低合金高強度鋼的固溶強化 鋼的韌脆轉機溫度與碳含量的關系 .a強化機制的影響 b成分的影響圖 鐵素體-珠光體鋼的各種強化機制和成份對屈服強 度和韌-脆轉機溫度的影響 .細化晶粒的主要措施有： 1用Al脫氧時構成AlN質點； 2用Ti、Nb、V等元素合金化時構成碳化物、氮化物以及碳氮化物如下圖 3用C

7、r、Ni、Mn等元素降低A3溫度，使奧氏體在更低溫度轉移而細化鐵素體晶粒和珠光體區(qū)域。 .沉淀強化 利用V、Nb、Ti的微合金化，使過冷奧氏體發(fā)生相間沉淀和鐵素體中析出彌散的碳化物和碳氮化物，產生沉淀強化。 微合金鋼中的主要沉淀強化相有VC、NbC、TiC以及Nb(C,N)等。.2、Me對焊接性和耐大氣腐蝕性的影響 優(yōu)良的焊接性是指：焊接工藝簡單；焊縫與母材結合牢固，強度不低于母材；焊縫的熱影響區(qū)堅持足夠的強度與韌性，沒有裂紋及各種缺陷。控制C C 焊縫處硬化與脆化傾向，焊接裂紋。提高淬透性的Me種類及其數(shù)量也應適當控制，如Cr、Mn、Mo、Ni等。CuP 耐大氣腐蝕性最有效的元素。普通含量:

8、0.0250.25% Cu ，0.050.15 P 。 P，冷脆和時效傾向添加。用Al脫氧 細晶粒鋼。復合參與適量元素，那么鋼耐蝕性效果更佳。 如090CuPCrNi-A、 09CuP、09CuPCrNi-B.時效景象 低碳工程構件經(jīng)加工或高溫冷卻后，在室溫或較低溫度下放置一段時間，鋼的性能會發(fā)生明顯變化的景象。淬火時效和機械時效產生緣由 C、N等間隙原子偏聚或內吸附于位錯等晶體缺陷處。提高硬度、降低塑性和韌度。如：某鋼板剛變形時，AK120J，十天后降為35J；焊接鋼板在三個月后由92J降為33J。當然橋梁、船舶等忽然斷裂的緣由很多。共振、應力波等.常用工程構造鋼 鐵素體-珠光體F-P鋼 碳

9、素工程構造鋼 低合金高強度鋼 微合金鋼 低碳貝氏體鋼和馬氏體鋼 低碳貝氏體鋼 針狀鐵素體鋼 低碳馬氏體鋼 雙相鋼 .2.3 鐵素體-珠光體鋼 最新研討成果：如F晶粒尺寸細化到級，那么F-P類低合金高強度鋼的強度也可到達800MPa F-P類型是工程構造鋼中最主要的一類鋼。有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。根據(jù)質量要求分為A、B、C、D四個等級。A、B級為普通質量級；C級為優(yōu)質級；D級和E級為特殊質量級，有低溫沖擊韌性要求。 組織： 1025片層狀P+ 7590多邊形F。.1、常用碳素工程構造用鋼3Q235 C量適中，是最通用的工程構件用鋼之一，具有 一定的強度、塑性及

10、良好的焊接性；5Q275 C、Si、Mn含量較高，具有較高的強度及硬度 較好的塑性及耐磨性，而塑性較低。4Q255 良好的強度、塑韌性、焊接性及冷熱壓力加工。2Q215 C、Mn含量低，強度不高，塑韌性好，同時具有良好的焊接性能及工藝成型性。1Q195 C、Mn含量低，強度不高，塑韌性高；. Me對鋼組織、性能的影響碳素工程構造鋼中的根本元素是 Fe、C、Mn、Si、S、P 1C C 強度上升，塑韌性下降，焊接性能下降、冷脆性 及時效敏感性添加；2Mn Mn是殘留物，可以減輕S的有害性；3Si 作為脫氧劑殘留于鋼中，可提高鋼的強度硬度及彈 性，降低塑韌性；4S 煉鋼中殘留的有害物質冷脆。5P

11、P也為有害物質冷脆。H-氫脆O-夾雜有害物質.2、低合金高強度構造鋼1低碳，這類鋼中碳的質量分數(shù)普通小于0.25%，主要是為了獲得較好的塑性、韌性、焊接性能。2主加合金元素主要是Mn，加很少Cr和Ni，是經(jīng)濟性能較好的鋼種。Mn能細化珠光體和鐵素體晶粒；Mn的含量在1%1.5%范圍內可促進鐵素體在形變時發(fā)生交滑移，同時，錳還使三次滲碳體難于在鐵素體晶界析出，減少了晶界的裂紋源，這也將改善鋼的沖擊韌性。Mn的參與還可使Fe-Fe3C相圖中的S點左移，使基體中珠光體數(shù)量增多，致使強度不斷提高。低合金高強度構造鋼的特點設計準那么.3輔加合金元素Al、V、Ti、Nb等，既可產生沉淀強化作用，還可細化晶

12、粒，從而使強韌性得以改善。4參與一定量的Cu和P，改善這類鋼的耐大氣腐蝕性能。Cu元素堆積在鋼的外表，具有正電位，成為附加陰極，使鋼在很小的陽極電流下到達鈍化形狀；P在鋼中可以起固溶強化的作用，也可以提高耐蝕性能；Ni和Cr都能促進鋼的鈍化，減少電化學腐蝕；5參與微量稀土元素可以脫硫去氣，凈化鋼材，并改善夾雜物的形狀與分布，從而改善鋼的力學性能和工藝性能。低合金高強度構造鋼的特點.低碳鐵素體/珠光體鋼超細晶強韌化與控制技術 2004年度國家科學技術提高一等獎主要特點 超細晶粒、高干凈度、高均勻性。消費節(jié)約能源和資源，不用或少用Me，改善環(huán)境，本錢，具有更高的經(jīng)濟效益。 如何構成微米級的超細晶是

13、該工程的中心技術和難點。詳細目的 采用形變誘導F相變，可把F晶粒細化到2-5m碳鋼和12m微合金鋼。碳鋼的s由200MPa提高到350400MPa；低合金鋼由350400MPa提高到600700MPa。. 低碳鐵素體/珠光體鋼超細晶鋼材消費工藝控制和不同的制品.2.4 微珠光體低合金高強度鋼 石油、天然氣開發(fā)，需求大量保送管線。油氣管線用鋼要求有很好的焊接性、低溫韌度和強度等綜合性能。保送油氣間隔越長，壓力越大，質量要求也越高。油氣管線用鋼開展為微P低合金高強度鋼。強化機理 對F-P鋼, P量每10%，將使TK22。 油氣管線用鋼:C, 0.1%；為保證，就必需采用其它不損害或少損害焊接性和韌

14、度的強化措施。 析出強化和晶粒細化鋼性能。Nb、V、Ti微合金化和控軋?zhí)幹霉に嚒?2、微合金元素的作用 Nb、V、Ti單元或復合是常用的，其作用主要有細化晶粒組織和析出強化。微合金元素細化鋼晶粒主要經(jīng)過以下兩種方式： 1阻止加熱時奧氏體晶粒長大 2抑制奧氏體形變再結晶 在熱加工過程中，奧氏領會發(fā)生形變再結晶使晶粒回復粗大。但應變動態(tài)析出Nb、V、Ti的碳氮化物，沉淀在晶界、亞晶界和位錯上起釘軋作用，有效地阻止奧氏體再結晶時晶界和位錯的運動，從而抑制奧氏體形變再結晶。 . 沉淀析出強化相主要是低溫下析出的Nb(C，N)和VC。 Nb0.04%時，Gph；Nb0.04%時，ph增量大大添加，而G堅

15、持不變。V引起析出強化增量ph最顯著，而Ti的作用途于Nb和V之間。 微合金元素對鋼的屈服強度的影響 G：晶粒細化的奉獻Ph：析出強化的奉獻 .Nb對微合金化鋼強度和塑性的影響.V對微合金化鋼強度和塑性的影響.3、微合金化與熱機械軋制1成分控制 保證低碳，參與微量的一定量的微合金化元素，獲得極細的晶粒度。2熱機械軋制熱軋控制 包括控制軋制和控制冷卻。其中，控制軋制本質上是形變強化和相變強化的結合；控制冷卻時最大限制地細化鐵素體晶粒及獲得最正確的析出強化效應。3微合金化元素的作用如前面所述.控制熱軋和控制冷卻的工藝參數(shù)了解軋制過程可分為加熱、粗軋和精軋三個階段。.控制軋制和控制冷卻技術 高溫形變

16、熱處置F大幅度晶粒細化強度和韌度。控制軋制和控制冷卻的組織變化方式圖 圖中軋制溫度向右邊降低，上層表示奧氏體組織變化，下層表示奧氏體開場相變后組織及F核的構成 . 圖 各種軋制程序方式圖 CR：控制軋制 ；AcC:控制冷卻 .2.5 針狀鐵素體鋼 對于一些強度、焊接性、低溫沖擊韌性等要求更高的場所，還必需采用針狀鐵素體低合金高強度鋼。根本特點 針狀鐵素體acicular ferrite，簡寫AF鋼實踐上屬于超低碳貝氏體鋼。 0.06C + 適量Mn、Mo、Nb等 具有高密度位錯1010cm2亞構造的“針狀F組織超低碳B。s 達700800MPa，低溫沖擊韌性、焊接性更好. 用于現(xiàn)場焊接條件及其

17、冰冷地帶管線。被稱為21世紀的控軋鋼。.合金元素的作用碳 低碳量是為了添加Nb的碳化物沉淀；降低對韌性的損害。錳 Mn推遲鐵素體-珠光體相變，降低 BS點，使針狀的鐵素體在450以下構成；也是固溶強化元素。鉬 Mo能有效地推遲鐵素體而不影響貝氏體相變；Mo與Mn結合運用還有利于得到細晶粒的針狀鐵素而不是粗大的多邊形鐵素體。鈮 經(jīng)過沉淀相Nb(C,N)的析出能有效地產生沉淀強化，并且在奧氏體熱軋時，沉淀相Nb(C,N)也可以細化晶粒。.針狀鐵素體鋼的用途運用于制造寒帶保送石油和天然氣的管線。.2.6 低碳貝氏體和馬氏體鋼 低碳貝氏體鋼是指含碳量為0.100.15%，使用形狀組織為B的鋼。貝氏體鋼

18、通常是在軋制空冷或控制冷卻，直接獲得B組織。 由于B的相變強化，低碳貝氏體鋼與一樣含碳量的鐵素體-珠光體型鋼相比，具有更高的強度和良好的韌度，屈服強度可達450980MPa . 顯著推遲先共析鐵素體和珠光體轉變，而對貝氏體轉變推遲較少。 低碳貝氏體鋼右圖： 低碳鉬鋼和鉬硼鋼的過冷奧氏體恒溫轉變開場曲線。 Mo和B的添加. 進一步推遲先共析鐵素體和珠光體轉變，并使Bs點下降，以獲得具有更高強度和低得多的韌-脆轉變溫度的下貝氏體組織。右圖 低碳貝氏體鋼中貝氏體的抗拉強度和韌脆轉化溫度的關系 再參與Mn、Cr、Ni等元素. 合金化 以0.5%Mo，或0.5%Mo+B為根底，同時參與Mn，Cr，Ni及

19、V，Ti，Nb。1Mo，B：保證空冷條件下獲得貝氏體組織。 緣由：劇烈推遲先共析鐵素體析出和珠光體轉變。2 Cr，Ni，Mn： 添加淬透性，使貝氏體轉變溫度降低，便于得到下貝氏體組織，具有更低的脆性轉變溫度。3V，Ti，Nb： 細化晶粒，彌散強化。.主要特點 合金元素是保證在較寬的冷速范圍內獲得以貝氏體為主的組織成分特點: 0.5%左右Mo + 微量B0.005% +Mn、Cr、Ni等+Nb、Ti、V 主要用于制造容器的板材和其他鋼構造。 14MnMoV和14MnMoVBRE鋼是我國開展的低碳貝氏體鋼，屈服強度為490MPa級.低碳馬氏體鋼 工程機械上相對運動部件和低溫下運用部件，要求有更高的

20、強度和良好的韌性。 0.16%C，參與Mo、Nb、V、B及控制Mn或Cr與之配合 淬火回火處置組織為低碳回火馬氏體。 BHS-1鋼的成分為0.10C-1.80Mn-0.45Mo-0.05Nb。鍛軋后空冷或直接淬火并自回火。到達合金調質鋼調質后的性能程度。 制造汽車的輪臂托架、支配桿、車軸、轉向聯(lián)動節(jié)和拉桿等，也可用于冷墩、冷撥及制造高強度緊固件。.2.7 雙相鋼成分主要成分為： 0.2%C，1.21.5%Si，0.81.5%Mn，0.45%Cr，0.4%Mo，少量V 、Nb、Ti。質量分數(shù)組織 F+M組織，F(xiàn)基體上分布不延續(xù)島狀混合型M20% 雙相鋼。 F中非常干凈，C、N等間隙原子很少；C和Me大部分在M中. 強度 MPa 雙相鋼 600 400 普通鋼 200 10 20 30 40 應變 / % 雙相鋼和普通鋼應力應變曲線的比較性能 低s，且是延續(xù)屈服，無屈服平臺和上、下屈服；均勻塑變才干強，總延伸率較大，冷加工性能好；加工硬化率n值大，成