金属材料学 第2章_工程结构钢
45页1、第二章 工程结构钢,工程结构钢是指专门用来制造工程结构件的一大类钢种。在钢总产量中,工程结构钢占90左右。工程结构钢包括碳素钢和低合金高强度钢。低合金高强度钢是指在碳含量低于0.25%(质量分数,下同)的普通碳素钢的基础上,通过添加一种或多种少量合金元素(低于3%),使钢的强度明显高于碳素钢的一类工程结构用钢,统称低合金高强度钢。按用途可分为结构钢、耐腐蚀钢、低温用钢、耐磨钢、钢筋钢、钢轨钢及其他专业用钢等,2.1 工程结构钢的基本要求,工程结构件长期受静载;互相无相对运动 受大气(海水)的侵蚀;有些构件受疲劳冲击; 一般在-50100范围内使用; 如:桥梁、船舶等受到像风力或海浪冲击.,服役 条件,生产 工艺,焊接是构成金属结构的常用方法;一般都要 经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺,技术 要求,1、足够的强度与韧性(特别是低温韧度);2、良好的焊接性和成型工艺性;3、良好的耐腐蚀性;4、低的成本。,2.2 低合金高强度结构钢的合金化 1、Me对低合金高强度钢力学性能的影响,C,固溶强化效果和珠光体含量,低成本。C,塑、韧性,焊接性、冷成型。 如0.1%C,TK为-50,0.3%
2、C,TK为50 一般均应限制在0.2%以下,Si,最常用且较经济的元素。强化F较显著, 1%Si,s85MPa,TK,量多时可大为 降低塑韧性,所以Si控制在1.1%,Mn,固溶强化作用大,1%Mn,s33MPa。 约有3/4量溶入F中,弱的细晶作用,TK。 同样量多时可大为降低塑韧性.所以Mn控制在NbAlV。,Re,脱氧去硫吸氢作用,改善塑韧性,TK,所以,低合金高强度钢的基本成分应考虑低碳, 稍高的锰含量,并适当用硅强化。,低合金高强度钢的基本成分应考虑低碳,稍高的锰含量,并适当用硅强化。,在低合金高强度钢中常利用Nb、V、Ti合金化来细化晶粒。其作用顺序为: Ti 、 Nb、V。Nb、V、Ti合金元素还可以生成细小的化合物,产生沉淀强化。其作用顺序为: Nb、 Ti 、 V。,2、Me对焊接性和耐大气腐蚀性的影响 优良的焊接性是指:焊接工艺简单;焊缝与母材结合牢 固,强度不低于母材;焊缝的热影响区保持足够的强度与韧 性,没有裂纹及各种缺陷。,控制 C,C 焊缝处硬化与脆化倾向,焊接裂 纹。提高淬透性的Me种类及其数量也应适 当控制,如Cr、Mn、Mo、Ni等。,Cu P,耐大气
3、腐蚀性最有效的元素。一般含量: 0.0250.25% Cu ,0.050.15 P 。 P,冷脆 和时效倾向增加。用Al脱氧 细晶粒钢。 复合加入适量元素,则钢耐蚀性效果更佳。如09CuPCrNi-A、 09CuP、09CuPCrNi-B,时效 现象,低碳工程构件经加工或高温冷却后,在室温或较低温度下放置一段时间,钢的性能会发生明显变化的现象。(淬火时效和机械时效),产生 原因,C、N等间隙原子偏聚或内吸附于 位错等晶体缺陷处。提高硬度、降低 塑性和韧度。如:某钢板刚变形时, AK120J,十天后降为35J;焊接钢板 在三个月后由92J降为33J。,当然桥梁、船舶等突然断裂的原因很多。共振、应力波等,2.3 铁素体-珠光体钢,最新研究成果:如F晶粒尺寸细化到级,则 F-P类低合金高强度钢的强度也可达到800MPa,F-P类型是工程结构钢中最主要的一类钢。有 碳素结构钢和低合金高强度钢两类。根据质量要 求分为A、B、C、D四个等级。A、B级为普通质 量级;C级为优质级;D级和E级为特殊质量级, 有低温冲击韧性要求。组织: 1025片层状P+ 7590多边形F。,表2-1 碳素结构钢的牌号
4、、化学成分、力学性能和用途,低碳铁素体/珠光体钢超细晶强韧化与控制技术2004年度国家科学技术进步一等奖,主要 特点,超细晶粒、高洁净度、高均匀性。 生产节约能源和资源,不用或少用Me,改善环境,成本,具有更高的经济效益。如何形成微米级的超细晶是该项目的核心技术和难点。,具体 指标,采用形变诱导F相变,可把F晶粒细化到2-5m(碳钢)和12m(微合金钢)。碳钢的s由200MPa提高到350400MPa;低合金钢由350400MPa提高到600700MPa。,低碳铁素体/珠光体钢超细晶钢材生产工艺控制和不同的制品,高科技的建筑用材,和建筑技术是奥运场馆建设的坚实保证,同时也为我国的建筑用材迎来了新的挑战。Q460钢材以前在国内从未生产过,“鸟巢”是这种钢材在国内建筑上的首次使用,而这次使用的钢板厚度达110mm,也是史无前例的,在国家标准中,“Q460”的最大厚度只是100mm。,这种高韧性抗震钢采用全新的优化成分设计、氧化物冶金技术和先进的轧制及热处理工艺,使之形成高密度位错的强韧性组织结构,有着强度高、韧性好、焊接性能优良的特点。高韧性抗震钢保证了“鸟巢”最大可以承受530兆帕的外力
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