工程結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)用

1、工程結(jié)構(gòu)鋼分類：工程結(jié)構(gòu)鋼分類：鐵素體鐵素體- -珠光體（珠光體（F-PF-P）鋼）鋼 碳素工程結(jié)構(gòu)鋼碳素工程結(jié)構(gòu)鋼 高強(qiáng)度低合金鋼高強(qiáng)度低合金鋼 微合金鋼微合金鋼 低碳貝氏體鋼和馬氏體鋼低碳貝氏體鋼和馬氏體鋼 針狀鐵素體鋼針狀鐵素體鋼 低碳貝氏體鋼低碳貝氏體鋼 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼 雙相鋼雙相鋼 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1. 1. 工程構(gòu)件用鋼的用途、工作特點(diǎn)及性能要求工程構(gòu)件用鋼的用途、工作特點(diǎn)及性能要求2. 2. 碳素結(jié)構(gòu)鋼的用途、性能特點(diǎn)及常用鋼種碳素結(jié)構(gòu)鋼的用途、性能特點(diǎn)及常用鋼種3. 3. 碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響碳鋼中的常存元素及其對(duì)

2、碳鋼機(jī)械性能的影響4. HSLA4. HSLA鋼的性能要求、合金元素的強(qiáng)化方式及其鋼的性能要求、合金元素的強(qiáng)化方式及其對(duì)材料性能的影響。對(duì)材料性能的影響。5. HSLA5. HSLA鋼的成分設(shè)計(jì)思路及常用鋼種鋼的成分設(shè)計(jì)思路及常用鋼種6. 6. 特殊用途的低合金高強(qiáng)度鋼特殊用途的低合金高強(qiáng)度鋼 工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼 （重點(diǎn)掌握）（重點(diǎn)掌握） 低合金高強(qiáng)度低合金高強(qiáng)度（重點(diǎn)掌握）（重點(diǎn)掌握） 具有特殊用途的具有特殊用途的低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼 微合金化低合金高強(qiáng)度鋼微合金化低合金高強(qiáng)度鋼 工程構(gòu)件用鋼的研究發(fā)展趨勢(shì)工程構(gòu)件用鋼的研究發(fā)展趨勢(shì)1. 工程結(jié)構(gòu)鋼的用途工程結(jié)

3、構(gòu)鋼的用途如建筑、橋梁、船舶、鋼軌、車輛、石油、化工、電站、鍋爐、如建筑、橋梁、船舶、鋼軌、車輛、石油、化工、電站、鍋爐、壓力容器等，應(yīng)用范圍很廣。壓力容器等，應(yīng)用范圍很廣。 工程結(jié)構(gòu)鋼：工程結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu)的鋼材。工程結(jié)構(gòu)鋼用于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu)的鋼材。工程結(jié)構(gòu)鋼 占鋼總產(chǎn)量占鋼總產(chǎn)量90%左右。左右。一般進(jìn)行焊接，不需熱處理；特殊要求時(shí)在鋼廠進(jìn)行正火、一般進(jìn)行焊接，不需熱處理；特殊要求時(shí)在鋼廠進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)處理；可靠性要求高時(shí)，焊后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整體或局部去應(yīng)調(diào)質(zhì)處理；可靠性要求高時(shí)，焊后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整體或局部去應(yīng)力退火。力退火。大部分以大部分以鋼板鋼板或或型鋼型鋼供貨。供貨。 1

4、889年為慶祝法國(guó)大革命年為慶祝法國(guó)大革命100周年，巴黎舉辦大型國(guó)際博覽會(huì)時(shí)建造，周年，巴黎舉辦大型國(guó)際博覽會(huì)時(shí)建造， 是博覽會(huì)上最引人注目的展品，成為當(dāng)時(shí)席卷世界的是博覽會(huì)上最引人注目的展品，成為當(dāng)時(shí)席卷世界的工業(yè)革命工業(yè)革命的象征。的象征。 1887年年1月月28日開工，日開工，1889年年3月月31日大功告成。金屬制件有日大功告成。金屬制件有1.8萬(wàn)多個(gè)，萬(wàn)多個(gè)，重達(dá)重達(dá)7000噸，施工時(shí)共鉆孔噸，施工時(shí)共鉆孔700萬(wàn)個(gè)，使用鉚釘萬(wàn)個(gè)，使用鉚釘250萬(wàn)個(gè)。萬(wàn)個(gè)。設(shè)計(jì)者是法國(guó)設(shè)計(jì)者是法國(guó)建筑師居斯塔夫建筑師居斯塔夫埃菲爾埃菲爾，早年以，早年以旱橋旱橋?qū)＜叶劽?。一生中專家而聞名。一生中?/p>

5、作累累，遍布世界，但使他名揚(yáng)四海的還是這座鐵塔。用他自己的話說(shuō)：杰作累累，遍布世界，但使他名揚(yáng)四海的還是這座鐵塔。用他自己的話說(shuō)：埃菲爾鐵塔埃菲爾鐵塔“把我淹沒了，好像我一生只是建造了她把我淹沒了，好像我一生只是建造了她”鋼鐵巨人鋼鐵巨人埃菲爾鐵塔埃菲爾鐵塔（18891889年建）年建）高高300300米，米，重重70007000噸噸南京長(zhǎng)江大橋（南京長(zhǎng)江大橋（19681968年建）年建） 1960年年1月月18日開工，日開工，1968年年9月鐵路橋通車，同年月鐵路橋通車，同年12月公路橋通。正月公路橋通。正橋長(zhǎng)橋長(zhǎng)1577米，鐵路橋長(zhǎng)米，鐵路橋長(zhǎng)6772米，公路橋長(zhǎng)米，公路橋長(zhǎng)4589米，橋

6、塔高米，橋塔高70米。工程造米。工程造價(jià)價(jià)2.87億元。億元。采用采用優(yōu)質(zhì)合金鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼桿件在現(xiàn)場(chǎng)桿件在現(xiàn)場(chǎng)鉚接鉚接拼裝架設(shè)。拼裝架設(shè)。是新中國(guó)第一座依靠自己的力量設(shè)計(jì)施工建造而成的鐵路、公路兩用橋，是新中國(guó)第一座依靠自己的力量設(shè)計(jì)施工建造而成的鐵路、公路兩用橋， 它的建成開創(chuàng)了我國(guó)它的建成開創(chuàng)了我國(guó)“自力更生自力更生”建設(shè)大型橋梁的新紀(jì)元。建設(shè)大型橋梁的新紀(jì)元。 長(zhǎng)期承受靜載荷，偶爾有動(dòng)載荷，互相無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；長(zhǎng)期承受靜載荷，偶爾有動(dòng)載荷，互相無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)； 受大氣或海水的侵蝕；受大氣或海水的侵蝕； 某些構(gòu)件受疲勞沖擊；如橋梁、船舶等受風(fēng)力或海浪沖擊。某些構(gòu)件受疲勞沖擊；如橋梁、船舶等受風(fēng)力或

7、海浪沖擊。 一般在一般在-50100范圍內(nèi)使用；范圍內(nèi)使用；3.3. 工程構(gòu)件的性能要求工程構(gòu)件的性能要求有足夠的強(qiáng)度與韌性（低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度）；有足夠的強(qiáng)度與韌性（低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度）；有良好的焊接性能和成型工藝性能；有良好的焊接性能和成型工藝性能；有良好的耐大氣腐蝕性能和耐海水腐蝕性能。有良好的耐大氣腐蝕性能和耐海水腐蝕性能。生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝：常用：焊接；一般都要經(jīng)過如剪切、沖孔、熱彎、常用：焊接；一般都要經(jīng)過如剪切、沖孔、熱彎、 深沖等成型工藝。深沖等成型工藝。2.2.工程構(gòu)件的服役條件工程構(gòu)件的服役條件4.4. 工程構(gòu)件用鋼的發(fā)展歷程工程構(gòu)件用鋼的發(fā)展歷程鉚釘連接，設(shè)計(jì)依據(jù)是鉚釘連接，設(shè)

8、計(jì)依據(jù)是b b，C%較高，約為較高，約為0.3，熱軋態(tài)供貨。，熱軋態(tài)供貨。焊接連接，焊接連接， C% ； 為保持強(qiáng)度，為保持強(qiáng)度， Mn% 。焊接構(gòu)件的脆性斷裂，韌性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度的重要性，焊接構(gòu)件的脆性斷裂，韌性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度的重要性，C% 但但Mn量仍保持較高水平。量仍保持較高水平。 利用利用AlN細(xì)化晶粒提高強(qiáng)韌性。細(xì)化晶粒提高強(qiáng)韌性。 s s從從225MPa提高到提高到300MPa，韌轉(zhuǎn)溫度降到韌轉(zhuǎn)溫度降到0以下。以下。 如：如：0.3%C降低到降低到0.1%，韌脆轉(zhuǎn)變溫度由，韌脆轉(zhuǎn)變溫度由50降低到降低到-50 。4.4. 工程構(gòu)件用鋼的發(fā)展歷程工程構(gòu)件用鋼的發(fā)展歷程保持低保持低C、

9、高、高M(jìn)n、細(xì)化晶粒條件，利用、細(xì)化晶粒條件，利用NbC、VC、TiC析出析出強(qiáng)化進(jìn)一步強(qiáng)化進(jìn)一步 s s 。但終軋溫度高，晶粒粗化，沖擊韌性較差。但終軋溫度高，晶粒粗化，沖擊韌性較差。開發(fā)了控制軋制和控制冷卻技術(shù)，解決晶粒粗化問題。開發(fā)了控制軋制和控制冷卻技術(shù)，解決晶粒粗化問題。細(xì)晶、析出強(qiáng)化，細(xì)晶、析出強(qiáng)化，s s提高到提高到450525MPa，韌轉(zhuǎn)溫度降到，韌轉(zhuǎn)溫度降到-80 。這類鋼稱為微合金化、控軋、低碳、低合金高強(qiáng)度鋼，簡(jiǎn)這類鋼稱為微合金化、控軋、低碳、低合金高強(qiáng)度鋼，簡(jiǎn)稱微合金化鋼。稱微合金化鋼。在鋼中加入微量的在鋼中加入微量的Zr、稀土元素、稀土元素、Ca等，改變夾雜物形態(tài)，等

10、，改變夾雜物形態(tài)，減少軋制鋼材的各向異性，改善其成型性。減少軋制鋼材的各向異性，改善其成型性。工程結(jié)構(gòu)鋼包括工程結(jié)構(gòu)鋼包括碳素鋼碳素鋼和和低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼。 低合金高強(qiáng)度鋼是指碳含量低于低合金高強(qiáng)度鋼是指碳含量低于0.25%0.25%的的普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過添加一種或多種少普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過添加一種或多種少量合金元素（低于量合金元素（低于3%3%），使鋼的強(qiáng)度明顯高于），使鋼的強(qiáng)度明顯高于碳素鋼的一類工程結(jié)構(gòu)用鋼，統(tǒng)稱碳素鋼的一類工程結(jié)構(gòu)用鋼，統(tǒng)稱低合金高強(qiáng)低合金高強(qiáng)度度鋼。鋼。 按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、耐腐蝕鋼、低溫用按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、耐腐蝕鋼、低溫用鋼、耐磨鋼、鋼筋鋼、

11、鋼軌鋼及其他專業(yè)用鋼鋼、耐磨鋼、鋼筋鋼、鋼軌鋼及其他專業(yè)用鋼等。等。 耐候耐候Z型鋼用于體育館型鋼用于體育館 浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓及道路護(hù)欄浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓及道路護(hù)欄客車及農(nóng)業(yè)機(jī)械客車及農(nóng)業(yè)機(jī)械 現(xiàn)代化蔬菜棚現(xiàn)代化蔬菜棚高強(qiáng)度耐候厚壁冷彎高強(qiáng)度耐候厚壁冷彎高頻焊管用于東方明高頻焊管用于東方明珠塔珠塔鍍鋅鍍鋅C型鋼用于上海大劇院屋架椼架型鋼用于上海大劇院屋架椼架 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼，用量很大，約占鋼產(chǎn)量的碳素結(jié)構(gòu)鋼，用量很大，約占鋼產(chǎn)量的70%，大，大部分用作結(jié)構(gòu)件，如工字鋼、槽鋼、角鋼、鋼板、鋼部分用作結(jié)構(gòu)件，如工字鋼、槽鋼、角鋼、鋼板、鋼管及各種型材，少量用于制造機(jī)器零件和其它

12、制品。管及各種型材，少量用于制造機(jī)器零件和其它制品。 碳素結(jié)構(gòu)鋼易于冶煉和軋制，價(jià)格低廉，有足夠的碳素結(jié)構(gòu)鋼易于冶煉和軋制，價(jià)格低廉，有足夠的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，且易于成型和焊接。強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，且易于成型和焊接。 碳素鋼含碳量一般在碳素鋼含碳量一般在0.2%以下，常以熱軋態(tài)供貨，以下，常以熱軋態(tài)供貨，一般不再進(jìn)行熱處理。一般不再進(jìn)行熱處理。表表2-1 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分及用途碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分及用途(GB700-1988)表表2-2 碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能牌號(hào)牌號(hào)等等級(jí)級(jí)拉拉 伸伸 試試 驗(yàn)驗(yàn)沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) s（MPa）抗拉抗拉強(qiáng)度

13、強(qiáng)度 b (MPa)延伸率延伸率 5（%）溫溫度度/ CV型型沖沖擊擊功功(縱縱向向)J鋼材厚度（直徑）（鋼材厚度（直徑）（mm）鋼材厚度（直徑）（鋼材厚度（直徑）（mm）16 16 640 40 060 60 0100 100 0150 15016 16 640 40 060 60 0100 100 0150 150不小于不小于不小于不小于不小于不小于Q195-(195)(185)-315 53903332-Q215AB215205195185175165335410313029282726-20-27Q235ABCD235225215205195185375460262524232221-

14、20020-27Q255AB255245235225215205410510242322212019-20-27Q275-275265255245235225490610201918171615- 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼 二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響 碳鋼以碳鋼以Fe、C為主，還有為主，還有Mn、Si、S、P及及N、H、 O常存元素。常存元素。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響1、碳、碳 C%，強(qiáng)度，強(qiáng)度，硬度，硬度， 塑性、韌性塑性

15、、韌性。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響2、錳、錳 錳是煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧、脫硫殘存在鋼中的元素，或由生鐵錳是煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧、脫硫殘存在鋼中的元素，或由生鐵殘存下來(lái)。殘存下來(lái)。錳的作用：錳的作用： 錳脫氧能力很強(qiáng)錳脫氧能力很強(qiáng), ,可把鋼水中的可把鋼水中的FeOFeO還原為還原為Fe Fe Mn Mn與與S S結(jié)合力強(qiáng)，形成結(jié)合力強(qiáng)，形成MnSMnS夾雜物，降低夾雜物，降低S S的有害影響的有害影響 剩余的大量剩余的大量MnMn固溶于固溶于F F中，起到固溶強(qiáng)化作用。中，起到固溶強(qiáng)化作用。 少部分則溶于

16、少部分則溶于Fe3CFe3C中，形成合金滲碳體。中，形成合金滲碳體。 可以增加可以增加P P含量，并能細(xì)化晶粒，使鋼具有更好的綜合機(jī)含量，并能細(xì)化晶粒，使鋼具有更好的綜合機(jī)械性能，顯著提高鋼的強(qiáng)度。械性能，顯著提高鋼的強(qiáng)度。 由于由于MnMn具有較多的有益影響，一般看作是具有較多的有益影響，一般看作是，但其，但其含量不能太高，通常小于含量不能太高，通常小于0.8%0.8%。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響 3、硅硅 硅的影響與錳相似，也是作為脫氧劑加入而殘留在鋼中，硅的影響與錳相似，也是作為脫氧劑加入而

17、殘留在鋼中，或由生鐵殘存下來(lái)?；蛴缮F殘存下來(lái)。硅的作用：硅的作用： SiSi的脫氧能力比的脫氧能力比MnMn強(qiáng)，能更好地將強(qiáng)，能更好地將FeOFeO還原。還原。 剩余剩余SiSi絕大部分固溶于絕大部分固溶于F F中，起固溶強(qiáng)化作用。中，起固溶強(qiáng)化作用。 少部分則存在于硅酸鹽夾雜中，會(huì)降低鋼的性能。少部分則存在于硅酸鹽夾雜中，會(huì)降低鋼的性能。 總的來(lái)說(shuō)，總的來(lái)說(shuō)，其含量通，其含量通常小于常小于0.5%0.5%。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響4 4、硫硫 硫是由原料帶入、無(wú)法除盡的雜質(zhì)硫是由原料帶入、無(wú)

18、法除盡的雜質(zhì)硫的作用：硫的作用： S難溶于固態(tài)難溶于固態(tài)Fe，與與Fe形成形成FeS (FeS (1190) ， FeSFeS又與又與-Fe-Fe形成熔點(diǎn)更低（形成熔點(diǎn)更低（989989）的共晶）的共晶體體(FeS+Fe),(FeS+Fe),并分布在并分布在A A晶界上。晶界上。在熱加工（軋制、鍛造）時(shí)在熱加工（軋制、鍛造）時(shí)共晶共晶體體熔化，沿晶界碎裂，引起鋼的熔化，沿晶界碎裂，引起鋼的熱脆熱脆（紅脆紅脆）。）。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響4 4、硫硫 Mn S的有害作用，的有害作用， Mn與與S

19、優(yōu)先形成高熔點(diǎn)優(yōu)先形成高熔點(diǎn)MnS(1620), MnS在高溫下具有一定的塑性，不會(huì)使鋼發(fā)生熱脆。在高溫下具有一定的塑性，不會(huì)使鋼發(fā)生熱脆。 S S是鋼中有害元素（是鋼中有害元素（易削鋼除外）易削鋼除外），在優(yōu)質(zhì)鋼中規(guī)定其含，在優(yōu)質(zhì)鋼中規(guī)定其含量量0.04%0.04%；而在普通碳素鋼；而在普通碳素鋼 中也限制中也限制S S含量含量0.055% 0.055% 。 S S對(duì)鋼的焊接性能有不良影響，容易導(dǎo)致焊縫熱裂，且易對(duì)鋼的焊接性能有不良影響，容易導(dǎo)致焊縫熱裂，且易于氧化生成氣體，致使焊縫中出現(xiàn)氣孔和疏松。于氧化生成氣體，致使焊縫中出現(xiàn)氣孔和疏松。 19121912年年4 4月月1414日日，當(dāng)年

20、最為豪華、號(hào)稱當(dāng)年最為豪華、號(hào)稱永不沉沒的永不沉沒的泰坦尼克號(hào)首航沉沒于冰海，成了泰坦尼克號(hào)首航沉沒于冰海，成了2020世紀(jì)令人難以忘世紀(jì)令人難以忘懷的悲慘海難。懷的悲慘海難。 耗資兩億五千萬(wàn)美金的影史巨片耗資兩億五千萬(wàn)美金的影史巨片“TITANIC” TITANIC” 帶帶領(lǐng)世人重新審視了這文明史上的大災(zāi)難。領(lǐng)世人重新審視了這文明史上的大災(zāi)難。19851985年以后，年以后，探險(xiǎn)家們數(shù)次深潛到探險(xiǎn)家們數(shù)次深潛到12,61212,612英尺深的海底研究沉船，英尺深的海底研究沉船，起出遺物。起出遺物。19951995年年2 2月美國(guó)月美國(guó)科學(xué)大眾科學(xué)大眾（Popular Popular Scie

21、nceScience）雜志發(fā)表了）雜志發(fā)表了R Gannon R Gannon 的文章，標(biāo)題是的文章，標(biāo)題是What Really Sank The TitanicWhat Really Sank The Titanic，副標(biāo)題是，副標(biāo)題是“為為什么什么不會(huì)沉沒的不會(huì)沉沒的船在撞上一個(gè)冰山后船在撞上一個(gè)冰山后3 3小時(shí)就沉小時(shí)就沉沒了？一項(xiàng)新的科學(xué)研究回答了沒了？一項(xiàng)新的科學(xué)研究回答了8080年未解之謎年未解之謎”。作者出示了兩個(gè)沖擊試驗(yàn)結(jié)果。左邊的試樣取自海底的作者出示了兩個(gè)沖擊試驗(yàn)結(jié)果。左邊的試樣取自海底的Titanic號(hào)，右邊的是近代船用鋼板的沖擊試樣。由于早年的號(hào)，右邊的是近代船用鋼板

22、的沖擊試樣。由于早年的Titanic 號(hào)采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所號(hào)采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。近代船用鋼板的沖擊試樣則以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當(dāng)好的韌性。具有相當(dāng)好的韌性。 Gannon Gannon 的文章指出，在水線上下都由的文章指出，在水線上下都由10 10 張張30 30 英尺長(zhǎng)的高含硫英尺長(zhǎng)的高含硫量脆性鋼板焊接成量脆性鋼板焊接成300300英尺的船體。船體上可見長(zhǎng)長(zhǎng)的焊縫。船英尺的船體。船體上可見長(zhǎng)長(zhǎng)的焊縫。船在冰水中撞擊冰山而裂開時(shí)，脆性的焊縫無(wú)異于一條在冰水中撞

23、擊冰山而裂開時(shí)，脆性的焊縫無(wú)異于一條300300英尺長(zhǎng)英尺長(zhǎng)的大拉鏈，使船體產(chǎn)生很長(zhǎng)的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉的大拉鏈，使船體產(chǎn)生很長(zhǎng)的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒。沒。這是鋼材韌性與人身安全的一個(gè)突出例證。這是鋼材韌性與人身安全的一個(gè)突出例證。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響5 5、磷、磷 煉鋼時(shí)由生鐵帶入鋼中的不能除盡的煉鋼時(shí)由生鐵帶入鋼中的不能除盡的. .磷的作用：磷的作用： P P固溶于固溶于F F中，起固溶強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度、硬度顯著中，起固溶強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度、硬度顯著 。急劇急劇室溫下鋼

24、的塑性、韌性，使鋼變脆，在低溫更嚴(yán)重，與室溫下鋼的塑性、韌性，使鋼變脆，在低溫更嚴(yán)重，與S S產(chǎn)生產(chǎn)生“熱脆熱脆”相對(duì)應(yīng)，稱為相對(duì)應(yīng)，稱為“冷脆冷脆”。Fe-PFe-P合金結(jié)晶范圍很寬，因此合金結(jié)晶范圍很寬，因此P P具有嚴(yán)重的偏析傾向。具有嚴(yán)重的偏析傾向。在易削鋼中，把在易削鋼中，把 P%P%提高到提高到0.08%0.08%0.15%0.15%，使，使F F適當(dāng)脆化，提適當(dāng)脆化，提高鋼的切削加工性。高鋼的切削加工性。P P提高鋼在大氣中的抗腐蝕性，尤其是同時(shí)含提高鋼在大氣中的抗腐蝕性，尤其是同時(shí)含CuCu的情況下，其的情況下，其作用更加顯著，普通質(zhì)量鋼中作用更加顯著，普通質(zhì)量鋼中P%P%0.

25、04%0.04%0.05%0.05%。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響6.6.氮氮 氮是煉鋼過程中從周圍氣氛中被吸入的氣體。氮是煉鋼過程中從周圍氣氛中被吸入的氣體。 590590時(shí)時(shí)N N在在-Fe-Fe中溶解度最大，約為中溶解度最大，約為0.1%0.1%，而室溫則，而室溫則降到降到0.001%0.001%以下，以下，溶解度隨溫度降低急劇降低，快速溶解度隨溫度降低急劇降低，快速冷卻時(shí)冷卻時(shí)N N來(lái)不及析出。若經(jīng)冷變形后在室溫放置或稍微來(lái)不及析出。若經(jīng)冷變形后在室溫放置或稍微加熱時(shí)，從加熱時(shí)，從F中沉淀出

26、中沉淀出極微細(xì)的氮化物質(zhì)點(diǎn)極微細(xì)的氮化物質(zhì)點(diǎn)，使鋼的強(qiáng)，使鋼的強(qiáng)度提高，塑韌性下降，稱為機(jī)械時(shí)效或應(yīng)變時(shí)效。對(duì)度提高，塑韌性下降，稱為機(jī)械時(shí)效或應(yīng)變時(shí)效。對(duì)低碳鋼性能不利。低碳鋼性能不利。當(dāng)?shù)彤?dāng)?shù)虲 C鋼中存在鋼中存在V V、NbNb、TiTi等而形成等而形成N N化物時(shí)，有細(xì)化晶化物時(shí)，有細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的效果，粒和沉淀強(qiáng)化的效果，是鋼中的微合金化元素是鋼中的微合金化元素。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響7.7.氫氫 冶煉過程中從潮濕的空氣或含水爐料帶入鋼液中。冶煉過程中從潮濕的空氣或含水爐料帶入鋼

27、液中。鋼中鋼中H H含量一般很少，危害很大，表現(xiàn)為兩個(gè)方面：含量一般很少，危害很大，表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是溶入鋼中后引起一是溶入鋼中后引起“氫脆氫脆”，使鋼的塑性，使鋼的塑性 ，脆性，脆性 。二是導(dǎo)致鋼件內(nèi)產(chǎn)生大量的二是導(dǎo)致鋼件內(nèi)產(chǎn)生大量的細(xì)微裂紋缺陷細(xì)微裂紋缺陷白點(diǎn)白點(diǎn)，使，使顯著顯著 ，k k 更多，幾乎為更多，幾乎為0 0。具有白點(diǎn)的鋼件一般不能使用。具有白點(diǎn)的鋼件一般不能使用。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響二、碳鋼中的常存元素及其對(duì)碳鋼機(jī)械性能的影響8. 氧氧 在煉鋼過程中脫氧不完全，氧殘留在鋼中。在煉鋼過程中脫氧不完全，氧殘留在鋼中。氧

28、在鋼中幾乎全部以氧化物的形式存在，如氧在鋼中幾乎全部以氧化物的形式存在，如FeOFeO、FeFe2 2O O3 3、SiOSiO2 2、MnOMnO、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、MgO MgO 等，并且往往形等，并且往往形成復(fù)合氧化物或硅酸鹽，會(huì)使鋼的性能下降。成復(fù)合氧化物或硅酸鹽，會(huì)使鋼的性能下降。時(shí)效現(xiàn)象：時(shí)效現(xiàn)象：所謂時(shí)效，即鋼的力學(xué)性能和物理性能隨著時(shí)間而發(fā)生變化，可以所謂時(shí)效，即鋼的力學(xué)性能和物理性能隨著時(shí)間而發(fā)生變化，可以發(fā)生在室溫或稍高于室溫的較低溫度下。發(fā)生在室溫或稍高于室溫的較低溫度下。低碳鋼的時(shí)效分為低碳鋼的時(shí)效分為淬火時(shí)效淬火時(shí)效和和應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效兩種。兩

29、種。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼三、低碳鋼的時(shí)效三、低碳鋼的時(shí)效產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：在室溫放置的過程中，過飽和固溶體不穩(wěn)定；而且在室溫放置的過程中，過飽和固溶體不穩(wěn)定；而且C、N原子發(fā)生擴(kuò)散，并在晶界或晶內(nèi)的缺陷處聚集，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，原子發(fā)生擴(kuò)散，并在晶界或晶內(nèi)的缺陷處聚集，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生時(shí)效硬化，使鋼的強(qiáng)度、硬度增大，而塑性、韌性降低。產(chǎn)生時(shí)效硬化，使鋼的強(qiáng)度、硬度增大，而塑性、韌性降低。淬火時(shí)效：淬火時(shí)效：又稱熱時(shí)效，鋼加熱到高溫（又稱熱時(shí)效，鋼加熱到高溫（A1以上或以下）以上或以下）快冷快冷以以后，在室溫附近性能隨時(shí)間而發(fā)生變化。例如，焊接的鋼板焊縫，后，在室溫附近性能隨

30、時(shí)間而發(fā)生變化。例如，焊接的鋼板焊縫，在三個(gè)月后，其沖擊韌性值由原來(lái)的在三個(gè)月后，其沖擊韌性值由原來(lái)的91 J/cm2降低到降低到33J/cm2。曾曾發(fā)生過船舶和橋梁因時(shí)效而出現(xiàn)突然斷裂的事故。發(fā)生過船舶和橋梁因時(shí)效而出現(xiàn)突然斷裂的事故。 應(yīng)變時(shí)效：應(yīng)變時(shí)效：是鋼在冷加工塑性變形以后，鋼的性能是鋼在冷加工塑性變形以后，鋼的性能隨時(shí)間而發(fā)生變化。例如，一種鍋爐用鋼板，在冷隨時(shí)間而發(fā)生變化。例如，一種鍋爐用鋼板，在冷塑性變形后，其沖擊韌性為塑性變形后，其沖擊韌性為120Jcm2，而放置十，而放置十天之后下降到天之后下降到35Jcm2。 第一節(jié)第一節(jié) 碳素結(jié)構(gòu)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼三、低碳鋼的時(shí)效三、低碳鋼的

31、時(shí)效產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：C、N都能引起應(yīng)變時(shí)效，但都能引起應(yīng)變時(shí)效，但N的影響更大一些。應(yīng)變的影響更大一些。應(yīng)變時(shí)效的原因是由于冷塑性變形降低了時(shí)效的原因是由于冷塑性變形降低了C、N在在-Fe中的溶解度。中的溶解度。室溫下室溫下N的溶解度比的溶解度比C要高得多，同時(shí)要高得多，同時(shí)N原子半徑（原子半徑（0.071nm）比）比C原子?。ㄔ有。?.077nm），其擴(kuò)散速度較快，所以），其擴(kuò)散速度較快，所以N對(duì)應(yīng)變時(shí)效的對(duì)應(yīng)變時(shí)效的影響比較大。塑性變形時(shí)位錯(cuò)數(shù)量大量增加，影響比較大。塑性變形時(shí)位錯(cuò)數(shù)量大量增加，C、N原子能經(jīng)過原子能經(jīng)過短距離擴(kuò)散聚集在位錯(cuò)附近，形成氣團(tuán)，使硬度增加。短距離擴(kuò)散聚集在

32、位錯(cuò)附近，形成氣團(tuán)，使硬度增加。第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼（HSLA Steel ） （ High Strength Low Alloy Steel） 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼一、低合金高強(qiáng)度鋼的性能要求一、低合金高強(qiáng)度鋼的性能要求要求鋼材具有較高的屈服強(qiáng)度，以減輕金屬結(jié)構(gòu)的重要求鋼材具有較高的屈服強(qiáng)度，以減輕金屬結(jié)構(gòu)的重量，提高其可靠性。量，提高其可靠性。 合適的屈強(qiáng)比合適的屈強(qiáng)比s/s/b b。合適的比值在。合適的比值在0.65-0.750.65-0.75之間；之間；交變載荷作用時(shí)疲勞強(qiáng)度應(yīng)不低于交變載荷作用時(shí)疲勞強(qiáng)度應(yīng)不低于250 270270 MPaM

33、Pa 若若s s由由240240260MPa260MPa，提高到，提高到340340360MPa360MPa，即提高，即提高5050，則金屬構(gòu)件的重量減輕，則金屬構(gòu)件的重量減輕20203030。 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼一、低合金高強(qiáng)度鋼的性能要求一、低合金高強(qiáng)度鋼的性能要求要求有較高的塑性、韌性，較低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。要求有較高的塑性、韌性，較低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 要求具有良好的工藝性能和耐蝕性要求具有良好的工藝性能和耐蝕性 工藝性能主要指成型性能（如剪切、沖壓、冷彎、熱工藝性能主要指成型性能（如剪切、沖壓、冷彎、熱彎）和焊接性能等彎）和焊接性能等 。 如：要求厚度為如：要求厚

34、度為3 320mm20mm鋼板的延伸率鋼板的延伸率( (5 5) )一般不一般不小于小于2121。k k在縱向和橫向分別不小于在縱向和橫向分別不小于8080和和60J/cm60J/cm2 2韌脆轉(zhuǎn)折溫度應(yīng)低于韌脆轉(zhuǎn)折溫度應(yīng)低于-30-30左右。左右。 要求貴重合金元素用量少，以降低成本要求貴重合金元素用量少，以降低成本 一、低合金高強(qiáng)度鋼的性能要求一、低合金高強(qiáng)度鋼的性能要求兼顧上述性能，采用兼顧上述性能，采用低碳、多組元合金元素低碳、多組元合金元素，盡量，盡量不含不含過多貴重元素過多貴重元素或者根本不含貴重元素，以或者根本不含貴重元素，以降低成本降低成本。 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金

35、高強(qiáng)度鋼二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用 HSLA鋼大部分具有鋼大部分具有鐵素體鐵素體-珠光體組織，在熱軋或正火后得到珠光體組織，在熱軋或正火后得到最終性能。最終性能。主要強(qiáng)化機(jī)制有：主要強(qiáng)化機(jī)制有：鐵素體的固溶強(qiáng)化鐵素體的固溶強(qiáng)化低合金高強(qiáng)度鋼的組織主要有三類：低合金高強(qiáng)度鋼的組織主要有三類：鐵素體鐵素體-珠光體組織珠光體組織：ss為為300300350 MPa350 MPa低碳貝氏體組織：低碳貝氏體組織：ss為為450450650 MPa650 MPa低碳索氏體組織：低碳索氏體組織：ss為為650650800 MPa800 MPa增加珠光體的相對(duì)量增

36、加珠光體的相對(duì)量晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼碳氮化合物的析出強(qiáng)化碳氮化合物的析出強(qiáng)化二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用 1 1、Me對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能力學(xué)性能的影響的影響C C：固溶強(qiáng)化效果和珠光體含量。固溶強(qiáng)化效果和珠光體含量。 C%C%，塑、韌性，塑、韌性，焊接性、冷成型。焊接性、冷成型。 如：如：0.1%C0.1%C，TKTK為為-50-50， 0.3%C0.3%C， TKTK為為5050低合金高強(qiáng)度鋼的含低合金高強(qiáng)度鋼的含C C量，一般均限制在量，一般均限制在0.2%0.2%以下。以下。 第二節(jié)

37、第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼合金元素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）-200 -120 -40 0 40 120 200 溫度/鋼的韌鋼的韌-脆轉(zhuǎn)折溫度脆轉(zhuǎn)折溫度與碳含量的關(guān)系與碳含量的關(guān)系合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼的固溶強(qiáng)化效果的影響的固溶強(qiáng)化效果的影響P：顯著強(qiáng)化：顯著強(qiáng)化F，但增加鋼，但增加鋼的冷脆性，其含量的冷脆性，其含量0.15%Si、Mn：強(qiáng)化：強(qiáng)化F較顯著，且較顯著，且價(jià)格便宜，最常用的合金元價(jià)格便宜，最常用的合金元素。素。 Mn 1.8%1%Si,S85MPa,TK,量多量多時(shí)可大為降低塑韌性，所以時(shí)可大為降低塑韌性，所以Si控制在控制在1.1% 第二節(jié)第二節(jié) 低

38、合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用 1 1、Me 對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能力學(xué)性能的影響的影響 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用 1 1、合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼、合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能力學(xué)性能的影響的影響鐵素體鐵素體-珠光體珠光體HSLA鋼組織性能的關(guān)系如下圖。鋼組織性能的關(guān)系如下圖。 圖中向量值表明圖中向量值表明s s每增每增加加15MPa15MPa時(shí)，韌時(shí)，韌- -脆轉(zhuǎn)折脆轉(zhuǎn)折溫度的變化量溫度的變化量/ /。HSLA鋼

39、成分鋼成分 設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)思路：低低C C；稍高的；稍高的MnMn含量；含量；用用AlAl細(xì)化晶粒；并適當(dāng)細(xì)化晶粒；并適當(dāng)用用SiSi強(qiáng)化強(qiáng)化二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用 在在HSLA中，利用中，利用NbNb、V V、TiTi細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒和和產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用。作用。NbNb、V V、TiTi對(duì)正火狀態(tài)的對(duì)正火狀態(tài)的HSLA的晶粒度的影響見圖的晶粒度的影響見圖6-2-26-2-2。 由圖可見，由圖可見，NbNb細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒最有效，最有效，TiTi次之，次之，V V則則基本上不起細(xì)化晶粒的基本上不起細(xì)化晶粒的作用。作用。 第二節(jié)第二節(jié)

40、 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼1 1、合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼、合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能力學(xué)性能的影響的影響二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用 1 1、合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼、合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能力學(xué)性能的影響的影響圖圖6-2-36-2-3表明了熱軋表明了熱軋低碳鋼帶中由于低碳鋼帶中由于晶粒晶粒細(xì)化細(xì)化和和析出強(qiáng)化析出強(qiáng)化引起引起的屈服強(qiáng)度、韌脆的屈服強(qiáng)度、韌脆轉(zhuǎn)折溫度的變化與轉(zhuǎn)折溫度的變化與NbNb、V V、TiTi含量的關(guān)系。含量的關(guān)系。 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼在熱軋狀態(tài)在熱軋狀態(tài)NbNb能較顯能較顯著地細(xì)化晶

41、粒和具有中著地細(xì)化晶粒和具有中等的析出強(qiáng)化作用。等的析出強(qiáng)化作用。 NbNb細(xì)化晶粒作用特別顯細(xì)化晶粒作用特別顯著，既能使鋼強(qiáng)化又能著，既能使鋼強(qiáng)化又能降低韌降低韌- -脆轉(zhuǎn)折溫度。脆轉(zhuǎn)折溫度。 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼含含TiTi量增加，強(qiáng)度顯著量增加，強(qiáng)度顯著地隨析出強(qiáng)化而增加，而地隨析出強(qiáng)化而增加，而細(xì)晶強(qiáng)化的貢獻(xiàn)則處于中細(xì)晶強(qiáng)化的貢獻(xiàn)則處于中等情況。等情況。含含TiTi鋼脆性斷裂抗力稍低鋼脆性斷裂抗力稍低些，韌些，韌- -脆轉(zhuǎn)折溫度比含脆轉(zhuǎn)折溫度比含NbNb鋼要高些。鋼要高些。 V V產(chǎn)生中等的析出強(qiáng)化效產(chǎn)生中等的析出強(qiáng)化效果，細(xì)晶強(qiáng)化作用相對(duì)較果，細(xì)晶強(qiáng)化作用相對(duì)較

42、弱，大量的弱，大量的V(CN)V(CN)化合物的化合物的析出使脆性斷裂抗力降低，析出使脆性斷裂抗力降低，韌韌- -脆轉(zhuǎn)折溫度比含脆轉(zhuǎn)折溫度比含NbNb和含和含TiTi鋼都要高些。鋼都要高些。 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼具有鐵素體具有鐵素體- -珠光體組織的低合金高強(qiáng)度鋼，通過珠光體組織的低合金高強(qiáng)度鋼，通過各種方式強(qiáng)化各種方式強(qiáng)化，其，其s s最高約為最高約為470MPa470MPa。 若需要獲得強(qiáng)度更高的鋼種，就必須考慮若需要獲得強(qiáng)度更高的鋼種，就必須考慮低碳貝氏低碳貝氏體型鋼、低碳索氏體型和低碳馬氏體型鋼。體型鋼、低碳索氏體型和低碳馬氏體型鋼。 二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼

43、中的作用二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用 1 1、合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼、合金元素對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼力學(xué)性能力學(xué)性能的影響的影響 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼2、 Me對(duì)焊接性的影響對(duì)焊接性的影響控制控制C C焊縫處硬化與脆化傾向焊縫處硬化與脆化傾向，焊接裂紋，焊接裂紋。為保證優(yōu)良的焊接性能，盡可能降低含為保證優(yōu)良的焊接性能，盡可能降低含C量；適當(dāng)控制提高淬透性的量；適當(dāng)控制提高淬透性的Me種類及其數(shù)種類及其數(shù)量，如量，如Cr、Mn、Mo、Ni等。等。優(yōu)良的焊接性是指：優(yōu)良的焊接性是指：焊接工藝簡(jiǎn)單；焊縫與母材結(jié)合牢固，焊接工藝簡(jiǎn)單；焊縫與母材結(jié)合牢固，強(qiáng)度不低于母材；焊縫的

44、熱影響區(qū)保持足夠的強(qiáng)度與韌性，強(qiáng)度不低于母材；焊縫的熱影響區(qū)保持足夠的強(qiáng)度與韌性，沒有裂紋及各種缺陷。沒有裂紋及各種缺陷。3、 Me對(duì)耐大氣腐蝕性的影響對(duì)耐大氣腐蝕性的影響Cu、P Cr、Ni Mo、Al鋼中加入少量的鋼中加入少量的Cu、P、Cr、Ni、Mo、Al時(shí)，可以提高時(shí)，可以提高HSLA的耐大氣腐蝕性，其中的耐大氣腐蝕性，其中Cu、P是是最有效的元素。最有效的元素。一般含量：一般含量：0.0250.25%Cu，0.050.15%P。P%，冷脆和時(shí)效傾向增加。應(yīng)用，冷脆和時(shí)效傾向增加。應(yīng)用Al脫氧脫氧細(xì)晶粒鋼。復(fù)合加入上述適量元素，則提高細(xì)晶粒鋼。復(fù)合加入上述適量元素，則提高鋼耐蝕性效果

45、更佳。如鋼耐蝕性效果更佳。如090CuPCrNi-A、 09CuPCrNi-B 、 09CuP抗大氣腐蝕性：抗大氣腐蝕性：金屬材料由于大氣中氧和水等的化學(xué)作用或金屬材料由于大氣中氧和水等的化學(xué)作用或電化學(xué)作用而引起的腐蝕，叫做大氣腐蝕。鋼構(gòu)件或容器在電化學(xué)作用而引起的腐蝕，叫做大氣腐蝕。鋼構(gòu)件或容器在自然環(huán)境中使用時(shí)抵抗大氣腐蝕的能力即自然環(huán)境中使用時(shí)抵抗大氣腐蝕的能力即抗大氣腐蝕性?？勾髿飧g性。 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼綜上所述，綜上所述，HSLAHSLA鋼化學(xué)成分特點(diǎn)如下：鋼化學(xué)成分特點(diǎn)如下： 鋼的含鋼的含C量應(yīng)該控制在量應(yīng)該控制在0.2%以下。以下。 二、合金元素在低

46、合金高強(qiáng)度鋼中的作用二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用 從固溶強(qiáng)化觀點(diǎn)來(lái)看，從固溶強(qiáng)化觀點(diǎn)來(lái)看，Si、Mn十分有效，在低十分有效，在低C情況下，情況下，Mn能細(xì)化晶粒，降低韌能細(xì)化晶粒，降低韌-脆轉(zhuǎn)變溫度。脆轉(zhuǎn)變溫度。 從細(xì)化晶粒來(lái)看，從細(xì)化晶粒來(lái)看，Al、Nb、Ti十分有效，十分有效，Nb、 Ti 、V還可以還可以產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用。產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用。 Cu既能提高耐大氣腐蝕性，又能產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。既能提高耐大氣腐蝕性，又能產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。 P與其它元素配合，可以發(fā)揮其固溶強(qiáng)化和提高耐大氣腐蝕性與其它元素配合，可以發(fā)揮其固溶強(qiáng)化和提高耐大氣腐蝕性的作用。的作用。 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合

47、金高強(qiáng)度鋼 因此，對(duì)因此，對(duì)鐵素體鐵素體+珠光體型珠光體型HSLA的的合金化方向：合金化方向： 以以Si、Mn為基礎(chǔ)，適當(dāng)添加為基礎(chǔ)，適當(dāng)添加Al、Nb、V、Ti、Cu、P等。等。 如果要得到更高的抗蝕性，則可用少量的如果要得到更高的抗蝕性，則可用少量的Cr和和Ni。 要求正火態(tài)獲得貝氏體組織時(shí)要求正火態(tài)獲得貝氏體組織時(shí),則必須同時(shí)考慮則必須同時(shí)考慮Mo與與B（顯著推遲先共析（顯著推遲先共析F和和P轉(zhuǎn)變而較少推遲轉(zhuǎn)變而較少推遲B轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變）.二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用二、合金元素在低合金高強(qiáng)度鋼中的作用 具有代表性的牌號(hào)見下表。具有代表性的牌號(hào)見下表。 三、我國(guó)的低合金高強(qiáng)度鋼三、我

48、國(guó)的低合金高強(qiáng)度鋼 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼 F-P類型類型是工程結(jié)構(gòu)鋼中最主要的一類鋼。國(guó)家標(biāo)是工程結(jié)構(gòu)鋼中最主要的一類鋼。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)GB/T 1591-2008中規(guī)定有中規(guī)定有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、 Q550、 Q620、 Q690八個(gè)牌號(hào)。根據(jù)八個(gè)牌號(hào)。根據(jù)質(zhì)量要求分為質(zhì)量要求分為A、B、C、D、E五個(gè)等級(jí)。五個(gè)等級(jí)。A、B級(jí)為普級(jí)為普通質(zhì)量級(jí)；通質(zhì)量級(jí)；C級(jí)為優(yōu)質(zhì)級(jí)；級(jí)為優(yōu)質(zhì)級(jí)；D級(jí)和級(jí)和E級(jí)為特殊質(zhì)量級(jí)，有級(jí)為特殊質(zhì)量級(jí)，有低溫沖擊韌性要求。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具有代表性的牌號(hào)見

49、下表。具有代表性的牌號(hào)見下表。 低合金鋼目前采用低合金鋼目前采用GB/T1591-94代替代替1591-88，部分新老鋼號(hào)對(duì)照如下：，部分新老鋼號(hào)對(duì)照如下：GB/T1591-94（新標(biāo)準(zhǔn)）（新標(biāo)準(zhǔn)）GB1591-88（舊標(biāo)準(zhǔn)）（舊標(biāo)準(zhǔn)）Q29509MnV 09MnNb 12MnQ34512MnV 16Mn 16MnREQ39015MnV 15MnTi 16MnNbQ42015MnVN 14MnVTiREQ460Mo、B、貝氏體組織、貝氏體組織基本上不加基本上不加Cr及及Ni，是經(jīng)濟(jì)性較好的鋼種；，是經(jīng)濟(jì)性較好的鋼種； 以以Mn為主，附加元素為為主，附加元素為 V、Ti 、 Nb 、 Mo、 A

50、l等等加入少量加入少量P來(lái)提高抗大氣腐蝕性能；來(lái)提高抗大氣腐蝕性能； 加入加入微量稀土元素，可脫微量稀土元素，可脫S去氣，消除有害雜質(zhì)，使鋼材凈化，并改善夾去氣，消除有害雜質(zhì)，使鋼材凈化，并改善夾雜物形態(tài)與分布，既改善機(jī)械性能，對(duì)工藝性能也有好處。雜物形態(tài)與分布，既改善機(jī)械性能，對(duì)工藝性能也有好處。從表中可以大致看出，我國(guó)這類鋼的特點(diǎn)是：從表中可以大致看出，我國(guó)這類鋼的特點(diǎn)是： 具有代表性的牌號(hào)見下表。具有代表性的牌號(hào)見下表。 低合金鋼目前采用低合金鋼目前采用GB/T1591-2008代替代替GB/T1591-94 ，牌號(hào)對(duì)照如下：，牌號(hào)對(duì)照如下：具有代表性的牌號(hào)見下表。具有代表性的牌號(hào)見下表

51、。 各化學(xué)元素在低合金鋼中的作用各化學(xué)元素在低合金鋼中的作用:碳：碳：最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素。碳含量高，馬氏體組織多，鋼硬度最經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化元素。碳含量高，馬氏體組織多，鋼硬度高，焊接性能不好。高，焊接性能不好。錳：錳：強(qiáng)化元素且提高韌性。強(qiáng)化元素且提高韌性。硅：硅：可適度提高強(qiáng)度，增強(qiáng)耐大氣腐蝕性能。可適度提高強(qiáng)度，增強(qiáng)耐大氣腐蝕性能。鈮：鈮：強(qiáng)化元素，通過沉淀硬化和晶粒細(xì)化的強(qiáng)化機(jī)理有效地強(qiáng)化元素，通過沉淀硬化和晶粒細(xì)化的強(qiáng)化機(jī)理有效地提高屈服和抗拉強(qiáng)度，加入提高屈服和抗拉強(qiáng)度，加入0.02%的鈮可使含碳的鈮可使含碳0.20%的熱軋的熱軋鋼材屈服強(qiáng)度提高鋼材屈服強(qiáng)度提高70100MPa，但對(duì)軋制工藝

52、有要求（如，但對(duì)軋制工藝有要求（如終軋道次溫度低）。終軋道次溫度低）。釩：釩：強(qiáng)化元素，通過鐵素體沉淀硬化和細(xì)化鐵素體晶粒的提強(qiáng)化元素，通過鐵素體沉淀硬化和細(xì)化鐵素體晶粒的提高屈服和抗拉強(qiáng)度，但要求終軋溫度低并與錳、氮等元素共高屈服和抗拉強(qiáng)度，但要求終軋溫度低并與錳、氮等元素共同加入，作用更好。同加入，作用更好。具有代表性的牌號(hào)見下表。具有代表性的牌號(hào)見下表。 各化學(xué)元素在低合金鋼中的作用各化學(xué)元素在低合金鋼中的作用:鎳：鎳：強(qiáng)化、耐大氣腐蝕元素，通過鐵素體固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度強(qiáng)化、耐大氣腐蝕元素，通過鐵素體固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度并可適當(dāng)提高韌性，與銅或磷共存可明顯提高耐海水腐蝕性并可適當(dāng)提高韌性，與銅

53、或磷共存可明顯提高耐海水腐蝕性能，還可克服含銅鋼的熱脆現(xiàn)象。能，還可克服含銅鋼的熱脆現(xiàn)象。銅：銅：耐大氣腐蝕元素，單獨(dú)加入易產(chǎn)生耐大氣腐蝕元素，單獨(dú)加入易產(chǎn)生“熱脆熱脆”和鋼材表面和鋼材表面裂紋現(xiàn)象，與鎳合用，效果明顯。裂紋現(xiàn)象，與鎳合用，效果明顯。磷：磷：耐大氣腐蝕和強(qiáng)化元素，與鋼中少量銅合用，效果顯著，耐大氣腐蝕和強(qiáng)化元素，與鋼中少量銅合用，效果顯著，但其易產(chǎn)生但其易產(chǎn)生“冷脆冷脆”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。氮：氮：強(qiáng)化元素，但降低韌性，與釩合用，效果明顯。強(qiáng)化元素，但降低韌性，與釩合用，效果明顯。鉬、硼：鉬、硼：少量加入可改善鋼的淬透性，形成貝氏體的低溫相少量加入可改善鋼的淬透性，形成貝氏體的低溫相變

54、組織。變組織。硫：硫：除易切削鋼外，都作為有害元素盡量降低其含量。除易切削鋼外，都作為有害元素盡量降低其含量。具有代表性的牌號(hào)見下表。具有代表性的牌號(hào)見下表。 低碳鐵素體低碳鐵素體/珠光體鋼的超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù)珠光體鋼的超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù) -2004年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng) 完成單位：鋼鐵研究總院、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所、寶山鋼鐵股份有限公司、首鋼總公司、武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司、鞍山鋼鐵集團(tuán)公司、廣州珠江鋼鐵有限責(zé)任公司、攀枝花鋼鐵（集團(tuán)）公司 低碳鐵素體/珠光體鋼是鋼鐵材料中產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣的工程結(jié)構(gòu)用鋼材。通過該項(xiàng)目的研究，在

55、保持鋼的韌性和塑性基本不下降，生產(chǎn)制造成本基本不提高的前提下，強(qiáng)度成倍提高，使傳統(tǒng)材料更新?lián)Q代，成為先進(jìn)鋼鐵材料。 具有代表性的牌號(hào)見下表。具有代表性的牌號(hào)見下表。 低碳鐵素體低碳鐵素體/珠光體鋼的超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù)珠光體鋼的超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù) -2004年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)新材料的主要特點(diǎn)是超細(xì)晶粒、高潔凈度、高均勻性。生產(chǎn)過程能節(jié)約能源和資源，不用或少用合金元素，改善環(huán)境，降低成本，比現(xiàn)有鋼鐵材料具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。如何形成微米級(jí)的超細(xì)晶是該項(xiàng)目的核心技術(shù)如何形成微米級(jí)的超細(xì)晶是該項(xiàng)目的核心技術(shù)和難點(diǎn)。和難點(diǎn)。通過多方探索，發(fā)現(xiàn)對(duì)鐵素體/珠光體型

56、碳素鋼和大量應(yīng)用的低（微）合金鋼，在初軋段充分應(yīng)用奧氏體再結(jié)晶細(xì)化奧氏體晶粒，在精軋?jiān)诔踯埗纬浞謶?yīng)用奧氏體再結(jié)晶細(xì)化奧氏體晶粒，在精軋段采用形變誘導(dǎo)鐵素體相變，可以把鐵素體晶粒分別細(xì)化到段采用形變誘導(dǎo)鐵素體相變，可以把鐵素體晶粒分別細(xì)化到2-5m（碳素（碳素鋼）和鋼）和12m（微合金鋼）（微合金鋼）。對(duì)碳素鋼在精軋段采用形變強(qiáng)化相變,晶粒可細(xì)到23m。對(duì)薄板坯連鑄連軋低碳鋼通過析出相的超細(xì)化（多數(shù)達(dá)納米級(jí)）和控軋控冷，可以把鐵素體晶粒細(xì)化到36m。碳素結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度由200MPa級(jí)提高到350400MPa級(jí)；低合金鋼的屈服強(qiáng)度由350400MPa級(jí)提高到600700MPa級(jí)。具具 低碳鐵素體

57、低碳鐵素體/珠光體鋼的超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù)珠光體鋼的超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù) -2004年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng) 在該項(xiàng)目的研究中，攀鋼負(fù)責(zé)一項(xiàng)子課題“厚規(guī)格熱連軋超細(xì)晶粒熱軋鋼板生產(chǎn)技術(shù)研究”，攀鋼創(chuàng)造性地提出了工業(yè)生產(chǎn)厚規(guī)格超細(xì)晶粒熱軋鋼板的新思路，成功地用Q235普碳鋼的化學(xué)成分生產(chǎn)出了3.0毫米至7.0毫米厚度規(guī)格的超細(xì)晶粒熱軋鋼板,其鐵素體晶粒尺寸為4-6微米,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到400兆帕和510兆帕以上,超細(xì)晶粒鋼板的綜合性能達(dá)到510兆帕低合金鋼板的水平。 攀鋼研制開發(fā)的超細(xì)晶粒熱軋鋼板在東風(fēng)汽車公司用于制作載重汽車載重汽車車廂和車架零件車

58、廂和車架零件，零件沖壓合格率達(dá)到100，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 牌號(hào)見下表。牌號(hào)見下表。 低碳鐵素體低碳鐵素體/珠光體鋼超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù)珠光體鋼超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù) 2004年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)主要主要特點(diǎn)特點(diǎn)具體具體指標(biāo)指標(biāo)超細(xì)晶粒超細(xì)晶粒、高潔凈度高潔凈度、高均勻性高均勻性。生產(chǎn)。生產(chǎn)節(jié)約能節(jié)約能源和資源，源和資源，不用或少用不用或少用Me，改善環(huán)境，降低改善環(huán)境，降低成本成本，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。如何形成，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。如何形成微米級(jí)微米級(jí)的超細(xì)晶的超細(xì)晶是該項(xiàng)目的核心技術(shù)和難點(diǎn)。是該項(xiàng)目的核心技術(shù)和難點(diǎn)。采用形變誘導(dǎo)采用形變誘導(dǎo)F相

59、變，可把相變，可把F晶粒細(xì)化到晶粒細(xì)化到25m（碳鋼）和（碳鋼）和12m（微合金鋼）。碳（微合金鋼）。碳鋼的鋼的s由由200MPa提高到提高到350400MPa；低合；低合金鋼由金鋼由350400MPa提高到提高到600700MPa。 最新研究成果：如最新研究成果：如F晶粒尺寸細(xì)化到晶粒尺寸細(xì)化到級(jí)，則級(jí)，則F-P類低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度也可達(dá)到類低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度也可達(dá)到800MPa。低碳鐵素體低碳鐵素體/珠光體珠光體鋼超細(xì)晶鋼材生產(chǎn)工鋼超細(xì)晶鋼材生產(chǎn)工藝控制和不同的制品藝控制和不同的制品四、具有特殊用途的低合金高強(qiáng)度鋼四、具有特殊用途的低合金高強(qiáng)度鋼 HSLAHSLA鋼除要求強(qiáng)度和韌性外，

60、還對(duì)其焊接性、深鋼除要求強(qiáng)度和韌性外，還對(duì)其焊接性、深沖性及耐候性有一定要求，工藝性能和使用性能難沖性及耐候性有一定要求，工藝性能和使用性能難以同時(shí)滿足要求，因此現(xiàn)代以同時(shí)滿足要求，因此現(xiàn)代HSLAHSLA鋼的鋼的發(fā)展趨勢(shì)是：發(fā)展趨勢(shì)是： 根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼的不同用途，加入不同的合金元素，采根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼的不同用途，加入不同的合金元素，采用不同的冶煉和軋制技術(shù)，以最大限度地滿足使用用不同的冶煉和軋制技術(shù)，以最大限度地滿足使用要求。要求。 第二節(jié)第二節(jié) 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼四、具有特殊用途的低合金高強(qiáng)度鋼四、具有特殊用途的低合金高強(qiáng)度鋼 1. 耐候鋼（耐大氣腐蝕鋼，耐候鋼（耐大氣腐蝕鋼，GB/T41