1、工程七：工程構(gòu)造件的選材及運用工程七：工程構(gòu)造件的選材及運用工程構(gòu)造鋼工程構(gòu)造鋼 是指專門用來是指專門用來制造工程構(gòu)造件的一大類鋼制造工程構(gòu)造件的一大類鋼種種.在鋼總產(chǎn)量中，工程構(gòu)造在鋼總產(chǎn)量中，工程構(gòu)造鋼占鋼占90左右。工程構(gòu)造鋼左右。工程構(gòu)造鋼包括碳素鋼和低合金高強度包括碳素鋼和低合金高強度鋼。鋼。低合金高強度鋼低合金高強度鋼 是指在碳是指在碳含量低于含量低于0.25%質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)，下同的普通碳素鋼的根，下同的普通碳素鋼的根底上，經(jīng)過添加一種或多種底上，經(jīng)過添加一種或多種少量合金元素低于少量合金元素低于3%，使鋼的強度明顯高于碳素，使鋼的強度明顯高于碳素鋼的一類工程構(gòu)造用鋼，統(tǒng)鋼的一類

2、工程構(gòu)造用鋼，統(tǒng)稱低合金高強度鋼。稱低合金高強度鋼。按鋼的用途可分：按鋼的用途可分：鋼軌鋼及其他專業(yè)用鋼鋼軌鋼及其他專業(yè)用鋼構(gòu)造鋼構(gòu)造鋼耐腐蝕鋼耐腐蝕鋼低溫用鋼低溫用鋼鋼筋鋼鋼筋鋼耐磨鋼耐磨鋼2.1 2.1 工程構(gòu)造鋼的根本要求工程構(gòu)造鋼的根本要求 工程構(gòu)造件長期受靜載；相互無相對運動工程構(gòu)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(gòu)件受疲勞沖擊；受大氣海水的侵蝕；有些構(gòu)件受疲勞沖擊；普通在普通在-50100范圍內(nèi)運用；范圍內(nèi)運用；如：橋梁、船舶等遭到像風(fēng)力或海浪沖擊如：橋梁、船舶等遭到像風(fēng)力或海浪沖擊.服役服役條件條件消費消費工藝工藝 焊接是構(gòu)成金屬構(gòu)造的常用方法；普通都要焊接是構(gòu)

3、成金屬構(gòu)造的常用方法；普通都要經(jīng)過如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝經(jīng)過如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝技術(shù)技術(shù)要求要求 1、足夠的強度與韌度特別是低溫韌度；、足夠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；、良好的焊接性和成型工藝性； 3、良好的耐腐蝕性；、良好的耐腐蝕性； 4、低的本錢。、低的本錢。2.2 2.2 低合金高強度構(gòu)造鋼的合金化低合金高強度構(gòu)造鋼的合金化C 固溶強化效果和珠光體含量，低本錢。固溶強化效果和珠光體含量，低本錢。 C，塑、韌性，塑、韌性，焊接性、冷成型。焊接性、冷成型。如如0.1%C，TK為為-50，0.3%C，TK為為50普通均應(yīng)限制在普通均應(yīng)限

4、制在0.2%以下以下Si 最常用且較經(jīng)濟的元素。強化最常用且較經(jīng)濟的元素。強化F較顯著，較顯著，1%Si，s85MPa，TK，量多時可大為，量多時可大為降低塑韌性，所以降低塑韌性，所以Si控制在控制在1.1%1 1、MeMe對低合金高強度鋼力學(xué)性能的影響對低合金高強度鋼力學(xué)性能的影響Mn 固溶強化作用大，固溶強化作用大，1%Mn，s33MPa。約有約有3/4量溶入量溶入F中，弱的細晶作用，中，弱的細晶作用，TK。同樣量多時可大為降低塑韌性同樣量多時可大為降低塑韌性. 所以所以Mn控制在控制在NbAlV。Re 脫氧去硫吸氫作用，改善塑韌性，脫氧去硫吸氫作用，改善塑韌性，TK 所以，低合金高強度鋼

5、的根本成分應(yīng)思索低碳，所以，低合金高強度鋼的根本成分應(yīng)思索低碳，稍高的錳含量，并適當(dāng)用硅強化。稍高的錳含量，并適當(dāng)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(zhuǎn)機溫度與碳含量的關(guān)系 a強化機制的影響圖強化機制的影響圖 b成分的影響成分的影響圖圖 鐵素體鐵素體-珠光體鋼的各種強化機制和成份對屈服強珠光體鋼的各種強化機制和成份對屈服強 度和韌度和韌-脆轉(zhuǎn)機溫度的影響脆轉(zhuǎn)機溫度的影響 2 2、MeMe對焊接性和耐大氣腐蝕性的影響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(jié)合優(yōu)良的焊接性是指：焊接工藝簡單；焊縫與母材結(jié)合牢牢固，強度不低于母材；焊縫的熱影響區(qū)堅

6、持足夠的強度與固，強度不低于母材；焊縫的熱影響區(qū)堅持足夠的強度與韌韌性，沒有裂紋及各種缺陷。性，沒有裂紋及各種缺陷?？刂瓶刂艭 C 焊縫處硬化與脆化傾向焊縫處硬化與脆化傾向，焊接裂，焊接裂紋紋。提高淬透性的。提高淬透性的Me種類及其數(shù)量也應(yīng)適種類及其數(shù)量也應(yīng)適當(dāng)控制，如當(dāng)控制，如Cr、Mn、Mo、Ni等。等。CuP 耐大氣腐蝕性最有效的元素。普通含量耐大氣腐蝕性最有效的元素。普通含量:0.0250.25% Cu ，0.050.15 P 。 P，冷脆，冷脆和時效傾向添加。和時效傾向添加。用用Al脫氧脫氧 細晶粒鋼。細晶粒鋼。復(fù)合參與適量元素，那么復(fù)合參與適量元素，那么鋼耐蝕性效果更佳。鋼耐蝕性效

7、果更佳。 如如090CuPCrNi-A、 09CuP、09CuPCrNi-B時效時效景象景象 低碳工程構(gòu)件經(jīng)加工或高溫冷卻后，低碳工程構(gòu)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，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。鋼的性能會發(fā)生明顯變化的景象。淬火時效和機械時效淬火時效和機械時效產(chǎn)生產(chǎn)生緣由緣由 C、N等間隙原子偏聚或內(nèi)吸附于等間隙原子偏聚或內(nèi)吸附于位錯等晶體缺陷處。提高硬度、降低位錯等晶體缺陷處。提高硬度、降低塑性和韌度。如：某鋼板剛變形時，塑性和韌度。如：某鋼板剛變形時，AK120J，十天后降為，十天后降為35J；焊接鋼板；焊接鋼板在三個月后由在三個月

8、后由92J降為降為33J。當(dāng)然橋梁、船舶等忽然斷裂的緣由很多。例如：共振、應(yīng)力波等當(dāng)然橋梁、船舶等忽然斷裂的緣由很多。例如：共振、應(yīng)力波等2.3 2.3 鐵素體鐵素體- -珠光體鋼珠光體鋼 最新研討成果：如最新研討成果：如F晶粒尺寸細化到晶粒尺寸細化到級，那么級，那么F-P類低合金高強度鋼的強度也可到達類低合金高強度鋼的強度也可到達800MPa F-P類型是工程構(gòu)造鋼中最主要的一類鋼。有類型是工程構(gòu)造鋼中最主要的一類鋼。有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個牌號。根五個牌號。根據(jù)質(zhì)量要求分為據(jù)質(zhì)量要求分為A、B、C、D四個等級。四個等級。A、B級級為普通質(zhì)量級；為普通質(zhì)量級；C

9、級為優(yōu)質(zhì)級；級為優(yōu)質(zhì)級；D級和級和E級為特殊級為特殊質(zhì)量級，有低溫沖擊韌性要求。質(zhì)量級，有低溫沖擊韌性要求。 組織：組織： 1025片層狀片層狀P+ 7590多邊形多邊形F。低碳鐵素體低碳鐵素體/ /珠光體鋼超細晶強韌化與控制技術(shù)珠光體鋼超細晶強韌化與控制技術(shù) 2004 2004年度國家科學(xué)技術(shù)提高一等獎年度國家科學(xué)技術(shù)提高一等獎主要主要特點特點 超細晶粒、高干凈度、高均勻性。超細晶粒、高干凈度、高均勻性。消費節(jié)約能源和資源，不用或少用消費節(jié)約能源和資源，不用或少用Me，改善，改善環(huán)境，環(huán)境，本錢，具有更高的經(jīng)濟效益。本錢，具有更高的經(jīng)濟效益。 如何構(gòu)成微米級的超細晶是該工程的中心如何構(gòu)成微米

10、級的超細晶是該工程的中心技術(shù)和難點。技術(shù)和難點。詳細詳細目的目的 采用形變誘導(dǎo)采用形變誘導(dǎo)F相變，可把相變，可把F晶粒細晶粒細化到化到2-5m碳鋼和碳鋼和12m微合微合金鋼。碳鋼的金鋼。碳鋼的s由由200MPa提高到提高到350400MPa；低合金鋼由；低合金鋼由350400MPa提高到提高到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 2.4 微珠光體低合金高強度鋼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。用鋼要求有很好的焊接性、低溫韌度

11、和強度等綜合性能。保送油氣間隔越長，壓力越大，質(zhì)量要求也越高。油氣保送油氣間隔越長，壓力越大，質(zhì)量要求也越高。油氣管線用鋼開展為微管線用鋼開展為微P P低合金高強度鋼。低合金高強度鋼。強化強化機理機理 對對F-P鋼鋼, P量每量每10%，將使，將使TK22。 油氣管線用鋼油氣管線用鋼:C, 0.1%；為保證；為保證，就必需采用其它不損害或少損害焊接性和就必需采用其它不損害或少損害焊接性和韌度的強化措施。韌度的強化措施。 析出強化和晶粒細化析出強化和晶粒細化鋼性能。鋼性能。Nb、V、Ti微合金化和控軋?zhí)幹霉に嚒Ｎ⒑辖鸹涂剀執(zhí)幹霉に??？刂栖堉坪涂刂评鋮s技術(shù)控制軋制和控制冷卻技術(shù) 高溫形變熱處置高

12、溫形變熱處置FF大幅度晶粒細化大幅度晶粒細化強度強度和韌度。和韌度。控制軋制和控制冷卻的組織變化方式圖控制軋制和控制冷卻的組織變化方式圖 圖中軋制溫圖中軋制溫度向右邊降度向右邊降低，上層表低，上層表示奧氏體組示奧氏體組織變化，下織變化，下層表示奧氏層表示奧氏體開場相變體開場相變后組織及后組織及F F核的構(gòu)成核的構(gòu)成 3 3、微合金元素的作用、微合金元素的作用 Nb Nb、V V、TiTi單元或復(fù)合是常用的，其作用主要單元或復(fù)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：晶粒主要經(jīng)過以下兩種方式： 1 1阻止加

13、熱時奧氏體晶粒長大阻止加熱時奧氏體晶粒長大 2 2抑制奧氏體形變再結(jié)晶抑制奧氏體形變再結(jié)晶 在熱加工過程中，奧氏領(lǐng)會發(fā)生形變再結(jié)晶在熱加工過程中，奧氏領(lǐng)會發(fā)生形變再結(jié)晶使晶粒回復(fù)粗大。但應(yīng)變動態(tài)析出使晶?；貜?fù)粗大。但應(yīng)變動態(tài)析出NbNb、V V、TiTi的的碳氮化物，沉淀在晶界、亞晶界和位錯上起釘軋?zhí)嫉?，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(jié)晶時晶界和位錯的作用，有效地阻止奧氏體再結(jié)晶時晶界和位錯的運動，從而抑制奧氏體形變再結(jié)晶。運動，從而抑制奧氏體形變再結(jié)晶。 2.5 2.5 針狀鐵素體鋼針狀鐵素體鋼 對于一些強度、焊接性、低溫沖擊韌性等要對于一些強度、焊接性、低溫沖

14、擊韌性等要求更高的場所，還必需采用針狀鐵素體低合金求更高的場所，還必需采用針狀鐵素體低合金高強度鋼。高強度鋼。 針狀鐵素體針狀鐵素體acicular ferrite，簡寫，簡寫AF鋼實踐上屬于超低碳貝氏體鋼。鋼實踐上屬于超低碳貝氏體鋼。 0.06C + 適量適量Mn、Mo、Nb等等 具有具有高密度位錯高密度位錯1010cm2亞構(gòu)造的亞構(gòu)造的“針狀針狀F組織超低碳組織超低碳B。s 達達700800MPa，低，低溫沖擊韌性、焊接性更好溫沖擊韌性、焊接性更好. 用于現(xiàn)場焊接條件及其冰冷地帶管線。被用于現(xiàn)場焊接條件及其冰冷地帶管線。被稱為稱為21世紀(jì)的控軋鋼。世紀(jì)的控軋鋼。根本根本特點特點2.6 2.

15、6 低碳貝氏體和馬氏體鋼低碳貝氏體和馬氏體鋼 低碳貝氏體鋼是指含碳量為低碳貝氏體鋼是指含碳量為0.100.15%0.100.15%，使，使用形狀組織為用形狀組織為B B的鋼。貝氏體鋼通常是在軋制空的鋼。貝氏體鋼通常是在軋制空冷或控制冷卻，直接獲得冷或控制冷卻，直接獲得B B組織。組織。 由于由于B B的相變強化，低碳貝氏體鋼與一樣含碳的相變強化，低碳貝氏體鋼與一樣含碳量的鐵素體量的鐵素體- -珠光體型鋼相比，具有更高的強度和珠光體型鋼相比，具有更高的強度和良好的韌度，屈服強度可達良好的韌度，屈服強度可達450980MPa .450980MPa .主要主要特點特點 合金元素是保證在較寬的冷速范合

16、金元素是保證在較寬的冷速范圍內(nèi)獲得以貝氏體為主的組織圍內(nèi)獲得以貝氏體為主的組織成分特點成分特點: ? 0.5%左右左右Mo + 微量微量B0.005% +Mn、Cr、Ni等等+Nb、Ti、V 主要用于制造容器的板材和其他主要用于制造容器的板材和其他鋼構(gòu)造。鋼構(gòu)造。 14MnMoV 14MnMoV和和14MnMoVBRE14MnMoVBRE鋼是我國開展的鋼是我國開展的低碳貝氏體鋼，屈服強度為低碳貝氏體鋼，屈服強度為490MPa490MPa級級低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼 工程機械上相對運動部件和低溫下運用部件，工程機械上相對運動部件和低溫下運用部件，要求有更高的強度和良好的韌性。要求有更高的強度和良

17、好的韌性。 0.16%C，參與，參與Mo、Nb、V、B及控制及控制Mn或或Cr與之與之配合配合 淬火回火處置組織為低碳回火馬氏體。淬火回火處置組織為低碳回火馬氏體。 BHS-1鋼的成分為鋼的成分為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(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鍛軋后空冷或直接淬火并自回火。到達合金調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)后的性能程度。后的性能程度。 制造汽車的輪臂托架、支配桿、車軸、轉(zhuǎn)向聯(lián)動節(jié)和制造汽車的輪臂托架、支配桿、車軸、轉(zhuǎn)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。拉桿等，也可用于冷墩、冷撥及制造高強度緊固件。低合金高強度鋼開展趨勢低合金高強度鋼開展趨勢 低碳超低碳低碳超低碳0.06%甚至甚至0.02%高純真化高純真化微合金化技術(shù)微合金化技術(shù)控軋和控冷工藝控軋和控冷工藝超細晶?；毦Я；詣踊诰€控制自動化在線控制在線消費系統(tǒng)在線消費系統(tǒng)復(fù)合微合金化復(fù)合微合金化凈化鋼中的有害雜質(zhì)凈化鋼中的有害雜質(zhì)組織微細化組織微細化計算機控制和性能預(yù)告計算機控制和性能預(yù)告 采用超級鋼概念及技術(shù)構(gòu)造的超級構(gòu)造表示圖采用超級鋼概念及技術(shù)構(gòu)造的超級構(gòu)造表示圖 小小 結(jié)結(jié) 在微合金化成分設(shè)計的根底上，正確的控軋和在微合金化成分設(shè)計的根底上，正確的控軋和控冷工藝是關(guān)鍵要素。組織變化是在控冷工藝是關(guān)鍵要素。組織變化是在T-t-P三元處