工程结构钢学习.pptx

v概念概念l指指专专门门用用来来制制造造各各种种工工程程结结构构的的一一大大类类钢钢种种，如如制制造造桥桥梁梁、船船体体、油油井井或或矿矿井井用用钢钢、钢钢轨轨、高高压压容容器器、管管道道和和建筑钢结构等。建筑钢结构等。v组织组织l热轧态或正火态使用的低热轧态或正火态使用的低C C钢钢;l组织为组织为F+P;BF+P;B或或MM。v性能要求性能要求l足够高的强度、良好的塑性足够高的强度、良好的塑性;l适当的常温冲击韧性，有时要求适当的低温冲击韧性适当的常温冲击韧性，有时要求适当的低温冲击韧性;l良好的工艺性能。良好的工艺性能。第2页/共34页第1页/共34页2.2 2.2 工程结构钢的合金化工程结构钢的合金化一一.工程结构钢的强化工程结构钢的强化固溶强化固溶强化C,C,Si,Mn,Ni,Cr,MoSi,Mn,Ni,Cr,Mo细晶强化细晶强化 Ti,Nb,V;Cr,Mn,Ni,MoTi,Nb,V;Cr,Mn,Ni,Mo沉淀强化沉淀强化 V,Ti,NbV,Ti,Nb珠光体含量珠光体含量 C C 第3页/共34页第2页/共34页二二.F-PF-P组织的冲击韧性和脆性转化温度组织的冲击韧性和脆性转化温度 C C量越高，冲击韧性下降，脆化温度升高；量越高，冲击韧性下降，脆化温度升高；Ni,MnNi,Mn,CrCr提高冲击韧性，降低脆化温度；提高冲击韧性，降低脆化温度；细化晶粒；细化晶粒；Ti,Nb,VTi,Nb,V 提高强度，对韧性影响不大；提高强度，对韧性影响不大；非金属夹杂物降低韧性。非金属夹杂物降低韧性。第4页/共34页第3页/共34页当合金元素含量高时当合金元素含量高时,可焊性变差；可焊性变差；用碳当量来表示：用碳当量来表示：碳当量大于碳当量大于0.40.5%0.40.5%时时,可焊性变差可焊性变差；常用多元少常用多元少(微微)量合金化；量合金化；微合金化元素，尤其是微合金化元素，尤其是0.01-0.02%i,0.01-0.02%i,可提高钢可提高钢的焊接性。的焊接性。三三.工程结构钢的可焊性工程结构钢的可焊性第5页/共34页第4页/共34页多在潮湿空气或海洋大气中服役多在潮湿空气或海洋大气中服役,会产生电化学会产生电化学腐蚀；腐蚀；少量少量Cu,P,Ni,CrCu,P,Ni,Cr等元素等元素,可提高抗大气腐蚀能可提高抗大气腐蚀能力力;常用耐候钢钢种常用耐候钢钢种 09 09CuPTi,08CuPV,10MnPNbRECuPTi,08CuPV,10MnPNbRE等。等。四四.工程结构钢的耐大气腐蚀性工程结构钢的耐大气腐蚀性第6页/共34页第5页/共34页2.3 2.3 常用工程结构钢常用工程结构钢 v铁素体铁素体-珠光体（珠光体（F-PF-P）钢钢 碳素工程结构钢碳素工程结构钢 高强度低合金钢高强度低合金钢 微合金钢微合金钢 v低碳贝氏体钢和马氏体钢低碳贝氏体钢和马氏体钢 低碳贝氏体钢低碳贝氏体钢 针状铁素体钢针状铁素体钢 低碳马氏体钢低碳马氏体钢 双相钢双相钢 第7页/共34页第6页/共34页一一.铁素体铁素体-珠光体（珠光体（F-PF-P）钢钢1.1.碳素工程结构钢碳素工程结构钢 碳钢碳钢 碳素结构钢碳素结构钢 普通碳结构钢普通碳结构钢 优质碳结构钢优质碳结构钢 碳素工具钢碳素工具钢 以以Fe-C+Fe-C+少量少量Mn,Si,S,PMn,Si,S,P（常存元素）常存元素）+Cu,Cr,Ni,Mo,V,Ti;N,H,O +Cu,Cr,Ni,Mo,V,Ti;N,H,O第8页/共34页第7页/共34页n碳素结构钢碳素结构钢 钢中应用最多的、数量最大的。常轧制成板材、型材及异型材，一般不需要经热处理直接使用。用于一般结构和工程。钢的牌号由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、）脱氧方法符号等四部分按顺序组成。第9页/共34页第8页/共34页图示：F+P 组织第10页/共34页第9页/共34页 含碳量与对热轧碳钢机械性能的影含碳量与对热轧碳钢机械性能的影响响v 几个元素引起的脆性几个元素引起的脆性 热脆热脆-S 冷脆冷脆-P 蓝脆蓝脆-N 氢脆氢脆-H 白点白点-Hl 碳量提高，硬度提高；碳量提高，硬度提高；l 碳量提高，强度先升后降；碳量提高，强度先升后降；l 碳量提高，塑韧性降低碳量提高，塑韧性降低；WHY？第11页/共34页第10页/共34页普通碳素结构钢的牌号、成分与用途普通碳素结构钢的牌号、成分与用途(GB700-88)第12页/共34页第11页/共34页二二.高强度低合金钢（高强度低合金钢（HSLA steelsHSLA steels）1.1.概念及特点概念及特点n概念：概念：一种含有少量合金元素具有较高强度的结构钢。一种含有少量合金元素具有较高强度的结构钢。n特特点点：强强度度较较高高；合合金金消消耗耗量量小小，成成本本低低廉廉；工工艺艺简简单，适合于大量生产；可焊性能较好；应用广泛。单，适合于大量生产；可焊性能较好；应用广泛。n合金元素强化机制合金元素强化机制 固溶强化，细晶强化和沉淀强化。固溶强化，细晶强化和沉淀强化。第13页/共34页第12页/共34页2.2.钢种及用途钢种及用途 1616Mn Mn 产量最多，用量最广。产量最多，用量最广。345345MPaMPa15MnTi,16MnNb,15MnV15MnTi,16MnNb,15MnV，15MnVN15MnVN 屈屈强强：390390MpaMpa，利利用用低低合合金金与与微微合合金金相相结结合合。在在建建筑筑，石石油油，化化工工，铁铁道道，桥桥梁梁，造造船船，机机车车，锅锅炉炉等应用广泛。等应用广泛。第14页/共34页第13页/共34页三三.微合金钢微合金钢1.1.概念概念利用微合金化元素利用微合金化元素Ti,Nb,VTi,Nb,V；主要依靠细晶强化和沉淀强化来提高强度；主要依靠细晶强化和沉淀强化来提高强度；利用控制轧制和控制冷却工艺利用控制轧制和控制冷却工艺-高强度低合金钢。高强度低合金钢。2.2.微合金元素的作用微合金元素的作用 抑制奥氏体形变再结晶；抑制奥氏体形变再结晶；阻止奥氏体晶粒长大；阻止奥氏体晶粒长大；沉淀强化；沉淀强化；改变与细化钢的组织。改变与细化钢的组织。第15页/共34页第14页/共34页 3.3.轧制方法轧制方法l 铌主要用来在高温形变时产生应变诱导析出相铌主要用来在高温形变时产生应变诱导析出相 Nb Nb（C C，N N），），细化奥氏体晶粒；细化奥氏体晶粒；l 钒主要用来产生沉淀强化相钒主要用来产生沉淀强化相V V（C,NC,N）；）；l 目前微合金元素组合方法：目前微合金元素组合方法：1 1）V-TiV-Ti法或法或V-Ti-N V-Ti-N 法法 2 2）Nb-VNb-V或或 V-Nb-TiV-Nb-Ti复合法复合法第16页/共34页第15页/共34页四四.低碳贝氏体钢和马氏体钢低碳贝氏体钢和马氏体钢1.1.低碳贝氏体钢低碳贝氏体钢1 1）概念）概念 在在轧轧制制或或正正火火后后得得到到B B组组织织，屈屈服服强强度度可可达达到到490-490-780 780 MPaMPa。2 2）合金化原理合金化原理 合合金金元元素素主主要要是是能能显显著著推推迟迟先先共共析析 F F和和P P转转变变，但但对对B B转转变变推推迟迟较较少少的的元元素素如如MoMo，B B，可可得得到到贝贝氏氏体体组组织。织。第17页/共34页第16页/共34页l加加入入Mn,Mn,Ni,Ni,CrCr等等合合金金元元素素，进进一一步步推推迟迟先先共共析析F F和和P P转变，并使转变，并使BsBs点下降，可得到下点下降，可得到下B B组织；组织；l加入微合金化元素充分发挥其细化作用和沉淀作用；加入微合金化元素充分发挥其细化作用和沉淀作用；l低碳低碳,使韧性和可焊性提高。钢种使韧性和可焊性提高。钢种1414MnMoV,MnMoV,14MnMoVBRE 14MnMoVBRE，用来制造容器。用来制造容器。上贝氏体组织上贝氏体组织第18页/共34页第17页/共34页2.2.针状铁素体钢针状铁素体钢l低低碳碳或或超超低低碳碳的的针针状状F F，实实质质上上也也是是属属于于低低碳碳B B钢钢 C0.1%,C470470MPaMPa，如如 06 06MnMoNb,09MnMoVNbMnMoNb,09MnMoVNb l具有好的低温韧性，而且有良好具有好的低温韧性，而且有良好 焊接性，成功地应用于制造寒带焊接性，成功地应用于制造寒带 输送石油和天然气的管线。输送石油和天然气的管线。针状铁素体针状铁素体第19页/共34页第18页/共34页3.3.低碳马氏体钢（低碳马氏体钢（C0.25%C0.25%）l性能性能：更高的强度和良好的焊接性：更高的强度和良好的焊接性,超群的疲劳性能；超群的疲劳性能；l合金元素：合金元素：AlAl、NbNb、V V、B B及及Mn,Mn,CrCrl常用的钢种常用的钢种（多用中厚板（多用中厚板）1 1）锻轧空冷得到）锻轧空冷得到B+M+FB+M+F混合组织；混合组织；2 2）轧后淬火并自回火）轧后淬火并自回火,得到得到 M M 组织。组织。l应用：应用：运动的部件和低温下使用的部件运动的部件和低温下使用的部件。第20页/共34页第19页/共34页4.4.双相钢双相钢l近近7080%7080%细晶多边形细晶多边形F F+2030%+2030%M;M;l通过两相区加热淬火或热轧后空冷通过两相区加热淬火或热轧后空冷;l高强度，良好冷成型性能，高强度，良好冷成型性能，极佳冲压性能（薄板或带钢极佳冲压性能（薄板或带钢 深冲用钢材）深冲用钢材）;l分为退火双相钢和热轧双相钢；分为退火双相钢和热轧双相钢；l钢种举例：钢种举例：Si-Mn-Cr-MoSi-Mn-Cr-Mo-V-V。F+B双相钢双相钢第21页/共34页第20页/共34页2.4 2.4 工程结构钢的冶金工艺特点工程结构钢的冶金工艺特点冶炼工艺冶炼工艺 1 1）固固N N：AlAl脱氧脱氧;2 2）控控S S：降低降低S%S%；改变改变MnSMnS形态形态;3 3）加入微合金元素：强化与细化。）加入微合金元素：强化与细化。控制轧制与控制冷却控制轧制与控制冷却热处理工艺与金相组织热处理工艺与金相组织 正火或淬回火正火或淬回火 ，F-PF-P，B B，MM 第22页/共34页第21页/共34页F-P的理想组织的理想组织带状组织带状组织第23页/共34页第22页/共34页 控制轧制与控制冷却控制轧制与控制冷却l控制轧制控制轧制 l主要由三个阶段组成：主要由三个阶段组成：1 1）高温下的再结晶区变形；）高温下的再结晶区变形；2 2）在紧靠）在紧靠ArAr3 3以上的低温无再结晶区变形；以上的低温无再结晶区变形；3 3）在奥氏体和铁素体两相区变形）在奥氏体和铁素体两相区变形l钢坯的加热温度、保温时间、开轧温度、轧制道次和钢坯的加热温度、保温时间、开轧温度、轧制道次和道次变形量、终轧温度以及轧后冷却等参数，都极为道次变形量、终轧温度以及轧后冷却等参数，都极为重要。通过控制轧制过程中的各种参数，形成轧制工重要。通过控制轧制过程中的各种参数，形成轧制工艺。艺。l控制冷却控制冷却 主要在相变后的卷取过程主要在相变后的卷取过程。第24页/共34页第23页/共34页v 采用采用CSPCSP工艺工艺的的典型典型企业企业马来西亚梅加厂马来西亚梅加厂德国蒂森德国蒂森韩国韩宝韩国韩宝第25页/共34页第24页/共34页v CSP CSP工艺与传统连铸连轧工艺热历史的比较工艺与传统连铸连轧工艺热历史的比较约约95095010001000直接进均热炉直接进均热炉 中间无相变中间无相变连铸快速凝连铸快速凝固成薄板坯固成薄板坯钢水钢水热连轧热连轧 精轧精轧 层流层流 冷却冷却卷取卷取 均热均热（2530分）分）冷却至室温或约冷却至室温或约700热装热送热装热送 相变钢水钢水连铸凝固连铸凝固成厚板坯成厚板坯 加热、均热加热、均热（约（约100150分）分）粗轧粗轧热连轧热连轧精轧精轧 层流层流 冷却冷却 卷取卷取a a薄板坯连铸连轧工艺流程b b 传统连铸连轧工艺流程第26页/共34页第25页/共34页v 薄板坯连铸连轧与传统连铸连轧工艺热历史比较薄板坯连铸连轧与传统连铸连轧工艺热历史比较 150013001100 900 700 500 300 100A3A1+(2)(2)(2)(2)(1)(1)薄板坯连铸连轧 传统连铸连轧 时 间F+P第27页/共34页第26页/共34页 F1 F2 F3 F4 F5 F6 50mZJ330六道次轧卡件横向心部组织变化六道次轧卡件横向心部组织变化第28页/共34页第27页/共34页二材料的性质与使用性能二材料的性质与使用性能1 1材料的性质材料的性质n物理性质物理性质:材料的热学、电学、磁学、光学等性质；材料的热学、电学、磁学、光学等性质；热学性能热学性能：熔点、：熔点、(比比)热容、热膨胀系数、热导率等；热容、热膨胀系数、热导率等；电学性能电学性能：电阻率、电导率、介电常数等；：电阻率、电导率、介电常数等；磁学性能磁学性能：磁导率、磁感应强度、磁场强度等；：磁导率、磁感应强度、磁场强度等；光学性能光学性能：光反射率、折射率等；：光反射率、折射率等；摩擦学摩擦学：摩擦系数，磨损量，磨损率等。：摩擦系数，磨损量，磨损率等。第29页/共34页第28页/共34页n化学性质化学性质 指材料发生指材料发生化学反应和电化学反应化学反应和电化学反应时所显示的性质；时所显示的性质；如如耐蚀性、耐氧化性、抗高温氧化性耐蚀性、耐氧化性、抗高温氧化性等；等；常用的有常用的有腐蚀速率、电极电位、应力腐蚀临界应力场腐蚀速率、电极电位、应力腐蚀临界应力场强度因子强度因子等参量。等参量。第30页/共34页第29页/共34页n力学性质力学性质 指材料在不同载荷和环境作用下表现的变形和断裂行指材料在不同载荷和环境作用下表现的变形和断裂行为的描述。为的描述。l强度（单位：强度（单位：MPa)MPa)屈服强度、抗拉强度屈服强度、抗拉强度 （材料常用的强度指标）（材料常用的强度指标）抗弯强度、抗压强度抗弯强度、抗压强度抗扭强度、抗剪强度抗扭强度、抗剪强度疲劳强度（极限）疲劳强度（极限）（交变应力下的强度）（交变应力下的强度）蠕变强度、持久强度蠕变强度、持久强度 （高温下的强度）（高温下的强度）第31页/共34页第30页/共34页l硬度硬度材料抵抗局部塑性变形的能力。材料抵抗局部塑性变形的能力。有几种表示方法：有几种表示方法：布氏布氏(HB)HB)、洛氏洛氏(HRC)HRC)、维氏维氏 (HV)HV)、肖氏硬度肖氏硬度(HS)HS)等等l弹性弹性弹性是指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后弹性是指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后以恢复到原来的形状和大小的一种特性。以恢复到原来的形状和大小的一种特性。弹性模量、比例极限、弹性极限等。弹性模量、比例极限、弹性极限等。第32页/共34页第31页/共34页n塑性塑性概念概念:材料在外力作用下产生永久变形的能力。材料在外力作用下产生永久变形的能力。指标指标:伸长率伸长率(/%)%)、断面收缩率、断面收缩率(/%)%)n韧性韧性概念概念:材料抵抗塑性变形和断裂的能力。材料抵抗塑性变形和断裂的能力。指标指标:冲击韧性冲击韧性 （a ak k,J/cm,J/cm2 2）断裂韧性断裂韧性 （K KICIC，N/mmN/mm2/32/3）韧脆性转变温度韧脆性转变温度第33页/共34页第32页/共34页2.2.材料的使用性能材料的使用性能l指材料在服役条件下所表现的特性，指材料在服役条件下所表现的特性，它是材料性质它是材料性质与服役条件、产品设计及加工融合在一起所决定的与服役条件、产品设计及加工融合在一起所决定的要素。要素。n度量指标度量指标 使用寿命使用寿命 速度速度 能量效率能量效率 安全性安全性 费用（成本）费用（成本）第34页/共34页第33页/共34页感谢您的观看！第34页/共34页