金属材料学 第4.doc

第六章工程构件用钢第一节低碳钢的时效许多用低碳钢制做和容器、锅炉以及船舶、桥梁上的构件，在使用 中突然发生断裂，这些低碳钢的塑性、韧性都比较高为什么会发生脆 断呢？这就是由于它们发生了时效，时效提高了这些低碳钢的脆性倾 向提高Tk时效：钢的机械性能和物理性能随时间发生变化C量V0.3%的低 碳钢都会发生时效低碳钢的时效有两种：%1 淬火时效（热时效）：钢由高温（Ai点以上或以下）快速冷却后 放置，强、硬度提高，塑性、韧性降低其产生原因：钢中存在微 量C、N原子，加热时溶解在Y相中，快冷后来不及析出，产生过 饱和a固溶体，放置后，C、N原子向晶界等微孔性的地方聚集沉淀析出弥散的-K、cT相（Fe16N2）,引起强硬度提高，塑、韧性降低1 应变时效（形变时效、机械时效）：钢在冷变形后放置，强、硬 度升高，塑、韧性下降其产生原因：由于冷变形时提高了钢中的 位错数目，而且降低C、N原子在a・Fe中的溶解度当时析不出来, 形成过饱和a-Fe,放置后，C・N原子能过较短的距离移到位错处 产生偏聚形成气团，使强、硬度很快提高，而塑性下降许多用低碳钢做的容器、锅炉在制造过程中受到弯曲、卷边、扩径等冷变形，将引起应变时效。

而由于焊接广泛应用于各种钢构件，自然 会引起淬火时效时效的防止方法：冶炼时在钢中加入一些强k、N化物形成元素Al、 Ti、Nb等（凡是强K元素一般也强N化物元素），还可以来用适当的冷加工工艺以防止应变时效的出现第二节工程构件用钢的服役条件及性能要求工程构件：用各种型材拼接而成的大型金属结构服役条件：构件用钢一般在热轧空冷、正火、或退火回火状态下供 货用户一般不再HT，不再切削加工，只需经过冷变形、焊接、钏接等各附件之间不作相对运动，主要受长期静载荷有些有一定温度要 求或耐腐蚀性要求等对构件用钢的要求：弹性模量要大，屈服强度要高要有较高塑性、 要有一定的低温韧性、缺口敏感性和时效敏感性要小有些还要求耐腐 性、耐磨性其工艺性能要求：冷变形和焊接性能，因此构件用钢一般 都是低碳,工程构件用钢有普通碳素钢和普通低合金钢第三节普通碳素构件用钢碳素构件用钢有普通和钢和特殊用钢两种l=i普通钢常用钢号：Al、A2、A3、A1F、A2F、A3F特殊用钢一律为镇静钢桥梁用钢:钏螺用,A3qML2、ML3压力容器用钢：A3R造船用钢：2C、3C、4C第四节普通低合金构件用钢随着科学技术的发展，普通碳素构件用钢的性能已满足不了要求， 近40多年来，普通低合金构件用钢得到迅速发展。

普通低合金钢：简称普低钢，又称为低合金高强度钢是在普通碳 素钢的基础上加入不到3%的Me发展而成的一系列钢，具有高强度的 钢由于Me的加入，使钢在满足塑性、韧性及工艺性能要求的条件下, 具有高强度和其它性能普低钢由于Me耗量少，冶炼和HT工艺简单，普通钢厂一般都能 生产，成本低，强度较高，综合性能良好，可焊性好，用普低钢代替普 通碳钢可以节省钢材，减轻机械重量因此得到广泛应用我们国家的 普低钢充分利用我国现有的Si、Mn、Ti、Nb、V、Re等元素1=1Eb■I =1=1一、合金元素的作用㈠对机械性能的影响：C是决定强度的主要因素C%增加，强度增加但所有其它性能 都下降故c%-般在0・2%以下普低钢主要有F+P、B、S三种组织类型，大部分低钢具有F+P 组织对F+P钢而言，Me通过以下几种途径起强化作用的in%1 固溶强化：Me溶于F中都提高其强硬性强化次序为:强 P、Si、Ti、Mn、Al、Cu、Ni、Mo、V、W、Co> Cr || oMe对a k的影响：Mo、W、Si(>l%)、Mn(>2%) I I Cr(<1.5%)> Mn(<1.5%) t 5Ni> Mn I TKoPt t TKoC、Si、Cr、Mo t TKo%1 细晶强化：少量Al和强K形成元素V、Ti、Nb等都能细化晶粒。

低碳钢中Mn有细晶作用1 沉淀强化（弥散强化）：钢中加入微量强K形成元素，由于它们 能优先形成K,且在a相中的溶解度随温度急剧变化所以冷却时能析出细小弥 散的K、N化物使钢的强度f这就是弥散强化，这些K、N 化物又晶粒长大，补偿了（弥散）强化带来的塑性和韧性的损失, 这就是微合金化的一个优点1 增加P的相对量：由于Me的加入，S点左移，共析点碳量—P 量f , C曲线右移，P片细小，这些都使强度仁 但P量仁 对塑、韧怀Tk都 不利因此对于普低钢不应当靠提高C量来提高P量以达到强化 目的㈡ 对冷变形性能的影响：冷变形性能的好坏取决于材料塑性及冷变形硬化率的快慢P、S、C、Si t仁使钢塑性J I , A1对冷变形有好处㈢对焊接性能的影响：良好的焊接性是指：焊接工艺简单，焊缝区焊后冷却时不生成M或 其它介稳组织，不产生裂纹及其它缺陷焊缝处保持足够的强度与韧性 因此应限制S、P的含量，希望钢的淬透性小，C和Mt的量不能高㈣对耐大气腐蚀的影响:钢中加入少量的Cu、P、Cr、Ni、Mo、Al能f耐大气腐蚀性能 Cu、P较显著根据普低钢的性能要求和Me对性能的影响，我们可以看到:普低钢的合金化方向应该考虑的是：低CV0.2%,稍高的Mn量V1・8%。

适当用Si强化0・2〜0.6%）,并且在此基础上适当添加Al、Nb、 V、Ti、Cu> P、Mo、B、Re 等 Me二、普低钢的种类、性能及应用㈠按使用时的金相组织分:①F+少量P型钢 ②低碳B型钢%1 低碳索氏体型钢㈡按用途分：%1 一般构件用钢%1 耐大气腐蚀用钢%1 冲压用钢%1 中温压力容器用钢㈢按屈服强度分：300、350、400、450、500、550-650MPa 六个强度级1. 300、350、400、450四种强度级别的钢在热轧或正火状态使用, 组织为F+少量P,用于上㈡中①②③o s=300MPa 级钢有：12Mn> 09MnV> 09MnNb> 09Mn2> 18Nb6、09MnAL其特点是含碳低，主要元素为Mn,塑性、韧性、焊接性能较好，可用于船舶、车辆压力容器等o s=350MPa 级钢有：16Mn、12MnV、14MnNb、09Mn2V、08MnPRe、09MnCuPTi. 16MnCu> 16MnRe、12MnPRe、14MnNb6 o 具有良好综合机械性能,in焊接性及工艺性能用于船舶、车辆、桥梁和大型钢结构o s=400MPa 级钢有：15MnV> 16MnNb> 15MnTi> lOMnPNbRe。

有细晶强化和沉淀强化，用于桥梁、船舶、大型结构及压力容器o s=450MPa级钢有：14MnVTiRe、ISMnVNo有较高的综合机械性能，用于大型船舶桥梁、压力容器2. 500、550〜650MPa强度等级的钢经热轧空冷或正火得到低碳B组织，或经得到低碳索氏体组织，用于上㈡中的④o s=500MPa 级钢有：14MnMoV> 14MnMoVBRe> 18MnMoNbo o s=650MPa 级钢有：14CrMnMoVB国外还有Os>650MPa的普低钢，调质态使用得到低碳索低体， 用于导弹、潜艇低碳B型钢中应加入使P右移显著的Mo,为了使先共析F右移，又应加入微量的B故般用 0・5%Mo+(0・002〜0・007)%B本章重点：合金元素在普低钢中的作用、普低钢的种类、性能及应用。