金属材料学第2章_工程结构钢.ppt

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 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 2.3 铁素体-珠光体钢 武汉长江大桥 A3钢（现Q235） 南京长江大桥 九江长江大桥 15MnVN（Q420） 由于添加V的方法提高强度，导致低温韧性和焊接性较差。 芜湖长江大桥 芜湖长江大桥为双层，铁路桥在下层，公路桥在上层。铁路桥全长10511米，其中正桥长2193米，芜湖岸引桥长2228米，无为岸引桥长6089米。公路桥全长5681米，桥宽21米，芜湖岸引桥长2038米，无为岸引桥长1449米。 采用的14MnNbq钢（Q370qE）。 世界上跨度最大的拱桥--重庆朝天门大桥主跨达552米。朝天门大桥主桥分为上、下两层,上层是“汽车道+人行道”、下层“汽车道+轨道线”。上层桥面宽31米,双向6车道。 朝天门全桥永久用钢4.6万吨，辅助用钢近4万吨。其拱梁部分1.2万吨钢材全部由舞钢公司提供。桥梁钢板从鞍钢中厚板厂 Q420qD。 南京大胜关长江大桥全长9.27公里，全程共架设11个桥墩。桥上铁轨按六线布置，分别为京沪高速铁路双线、沪汉蓉铁路双线和南京地铁双线。 Q420q（WNQ570）钢 2.4 微珠光体低合金高强度钢 石油、天然气开发，需要大量输送管线。油气管线 用钢要求有很好的焊接性、低温韧度和强度等综合性能。 输送油气距离越长，压力越大，质量要求也越高。油气 管线用钢发展为微P低合金高强度钢。 TMCP（ThermoMechanicalControlProcess：热机械控制工艺）就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制（ControlRolling）的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却（AcceleratedCooling）的技术总称。由于TMCP工艺在不添加过多合金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，被认为是一项节约合金和能源、并有利于环保的工艺，故自20世纪80年代开发以来，已经成为生产低合金高强度宽厚板不可或缺的技术。随着市场对TMCP钢的要求不断提高，TMCP工艺本身也在应用中不断发展。从近几年的研究工作看，重点是放在控制冷却，尤其是加速冷却方面。 通过加快轧制后的冷却速度，不仅可以抑制晶粒的长大，而且可以获得高强度高韧性所需的超细铁素体组织或者贝氏体组织，甚至获得马氏体组织。 目前正在研发的在线加速冷却，是在轧制后直接将钢板冷却至常温，可以避免再加热工序。在线冷却的输送方式分为“一步冷却”与“通过型冷却”两种。所谓“一步冷却”就是将冷却水一下子喷射到轧制后的整个钢板上进行冷却。为了使冷却均匀，必须让钢板在冷却装置中振动。该方法需要超过钢板长度的大冷却装置，而且也难以避免冷却不均匀问题，故后来改为“通过型冷却”，即钢板一面通过一面接受冷却，现已成为加速冷却的主流方式。另外，冷却方式又分“约束冷却”与“无约束冷却”两种。所谓“约束冷却”是指用上下辊约束钢板的条件下进行冷却，采用喷雾水口；而“无约束冷却”则是用层流式水口对输出辊道上的钢板进行冷却。　 2.5 针状铁素体钢 对于一些强度、焊接性、低温冲击韧性等要 求更高的场合，还必须采用针状铁素体低合金 高强度钢。 针状铁素体型钢的典型钢种为Mn-Mo-Nb钢，其化学成分范围为w(C)≤0.10%，w(Mn)=1.6%~2.0%，w(Mo)=0.2%~0.6%，w(Nb)=0.04%~0.06%，有时还加w(V)=0.06%，w(Ti)=0.01%。 这类钢通过控制轧制和控制冷却，可以达到高强韧性。通常将其板坯加热到1150℃~1260℃范围，然后控制轧制成钢板，终轧温度等于或低于760℃，轧后空冷。显微组织是细晶粒（ASTM12级或更细）的多边化铁素体、30%以上的针状铁素体片（高位错密度的细小的亚结构）、高度弥散的渗碳体质点、少量岛状的马氏体-奥氏体块（通常小于整个组织体积的5%）和细而弥散的Nb(C,N)质点。 西气东输工程，起自新疆塔里木轮南市，终至为上海白鹤镇，总投资额超过1200亿元人民币，其输送管道的全长达4200公里，估计使用钢材总量约160-180万吨，其