工程钢结构的发展.ppt

第2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 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。 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。 2.6 低碳贝氏体和马氏体钢 低碳贝氏体钢是指含碳量为0.10~0.15%，使 用状态组织为B的钢。贝氏体钢通常是在轧制空 冷或控制冷却，直接获得B组织。 由于B的相变强化，低碳贝氏体钢与相同含碳 量的铁素体-珠光体型钢相比，具有更高的强度和 良好的韧度，屈服强度可达450~980MPa . 低碳马氏体钢 工程机械上相对运动部件和低温下使用部件， 要求有更高的强度和良好的韧性。 2.7 双相钢 低合金高强度钢发展趋势 * * 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-50~100℃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、足够的强度与韧度（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。 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%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，σs↑85MPa，↑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，σs↑33MPa。 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1.8%。 Nb\V Ti\Al 形成稳定细小的K等，粒子2~10nm， 既细晶又沉淀强化，↑σs，↑δ、AK， 综合效果↓TK。改善焊接性。 作用顺序:TiNbAlV。 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。 合金元素对低合金高强度钢的固溶强化 钢的韧－脆转折温度与碳含量的关系 （a）强化机制的影响 （b）成分的影响 图 铁素体-珠光体钢的各种强化机制和成份对屈服强 度和韧-脆转折温度的影响 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 ↑耐大气腐蚀性最有效的元素。一般含量: 0.025~0.25% Cu ，0.05~0.15％ 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090CuPCrNi-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 思考题： 退火后的低C钢板一般在深冲前，先进行一次少量变形的平整加工，然后长进行深冲，为什么? 必威体育精装版研究成果：如F晶粒尺