工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼課件

1、Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼第二節(jié)第二節(jié) 微合金化鋼微合金化鋼第三節(jié)第三節(jié) 低碳貝氏體型鋼低碳貝氏體型鋼 針狀鐵素體型鋼針狀鐵素體型鋼 鐵素體鐵素體- -馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼第四節(jié)第四節(jié) 新一代鋼鐵材料新一代鋼鐵材料重點與難點：重點與難點：工程結(jié)構(gòu)件用鋼工程結(jié)構(gòu)件用鋼的力學(xué)性能特點、耐大氣腐蝕性的力學(xué)性能特點、耐大氣腐蝕性及微量合金元素的作用。及微量合金元素的作用。 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼教學(xué)要求

2、教學(xué)要求基本要求：基本要求：了解工程結(jié)構(gòu)件用鋼了解工程結(jié)構(gòu)件用鋼的力學(xué)性能特點、耐大氣腐蝕性的力學(xué)性能特點、耐大氣腐蝕性及加工工藝性能；及加工工藝性能；熟悉常用碳素熟悉常用碳素構(gòu)件用鋼和低合金構(gòu)件用鋼。構(gòu)件用鋼和低合金構(gòu)件用鋼。一、應(yīng)用背景一、應(yīng)用背景工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼是在普通碳素工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼是在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要用結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要用于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu)（如橋梁、于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu)（如橋梁、船舶、屋架、鍋爐及壓力容器等）的船舶、屋架、鍋爐及壓力容器等）的鋼材。鋼材。 2.0 引引 言言Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼

3、二、工程構(gòu)件的服役特點二、工程構(gòu)件的服役特點不作相對運(yùn)動，長期承受不作相對運(yùn)動，長期承受靜載荷靜載荷作用；作用；有一定的使用有一定的使用溫度溫度和和環(huán)境環(huán)境要求：要求：l如寒冷的北方，構(gòu)件在承載的同時，還要如寒冷的北方，構(gòu)件在承載的同時，還要長期經(jīng)受低溫的作用；長期經(jīng)受低溫的作用；l橋梁或船舶則長期經(jīng)受大氣或海水的浸蝕；橋梁或船舶則長期經(jīng)受大氣或海水的浸蝕；l電站鍋爐構(gòu)件的使用溫度則可達(dá)到電站鍋爐構(gòu)件的使用溫度則可達(dá)到250以上。以上。2.0 引言引言Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼三、力學(xué)性能要求三、力學(xué)性能要求一是一是彈性模量大，以保證構(gòu)件有更好的彈性模量大，以

4、保證構(gòu)件有更好的剛度；剛度；二是二是有足夠的抗塑性變形及抗破斷的能有足夠的抗塑性變形及抗破斷的能力，即力，即s和和b較高，而較高，而和和較好；較好；三是三是缺口敏感性及冷脆傾向性較小等；缺口敏感性及冷脆傾向性較小等；四是四是要求具有一定的耐大氣腐蝕及海水要求具有一定的耐大氣腐蝕及海水腐蝕性能。腐蝕性能。2.0 引言引言Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼四、工藝性能要求四、工藝性能要求良好的良好的冷變形性能；冷變形性能；良好的良好的焊接性能。焊接性能。 2.0 引言引言Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能為輔力學(xué)性能為輔工藝性能為主工藝性

5、能為主五、成分設(shè)計要求五、成分設(shè)計要求低碳（低碳（wC%0.25%）；）；加入適量的合金元素提高強(qiáng)度加入適量的合金元素提高強(qiáng)度:l(1)當(dāng)合金元素含量較低時當(dāng)合金元素含量較低時，如低合金高強(qiáng)，如低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和微合金化鋼，其基體組織是度結(jié)構(gòu)鋼和微合金化鋼，其基體組織是大大量的鐵素體和少量的珠光體量的鐵素體和少量的珠光體；l(2)當(dāng)合金元素中含量較多時當(dāng)合金元素中含量較多時，基體組織可，基體組織可變?yōu)樽優(yōu)樨愂象w、針狀鐵素體或馬氏體組織貝氏體、針狀鐵素體或馬氏體組織。2.0 引言引言Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼六、供貨狀態(tài)六、供貨狀態(tài)大部分構(gòu)件通常是在大部分構(gòu)件

6、通常是在熱軋空冷（正火）狀熱軋空冷（正火）狀態(tài)下態(tài)下使用；使用；有時也在有時也在回火狀態(tài)下回火狀態(tài)下使用。使用。2.0 引言引言Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼鞍鋼鞍鋼1700精軋機(jī)組現(xiàn)場圖精軋機(jī)組現(xiàn)場圖 2.1 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼也稱為普通低合金鋼（簡稱普低鋼），也稱為普通低合金鋼（簡稱普低鋼），這類鋼是為了適應(yīng)大型工程結(jié)構(gòu)（如這類鋼是為了適應(yīng)大型工程結(jié)構(gòu)（如大型橋梁、大型壓力容器及大型船舶大型橋梁、大型壓力容器及大型船舶等）、減輕結(jié)構(gòu)重量、提高使用的可等）、減輕結(jié)構(gòu)重量、提高使用的可靠性及節(jié)約鋼材的

7、需要而發(fā)展起來的?？啃约肮?jié)約鋼材的需要而發(fā)展起來的。 2.0 引言引言Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼二、普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)二、普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分特點成分特點（1）低碳低碳，這類鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一，這類鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于般小于0.2%，主要是為了獲得較好的，主要是為了獲得較好的塑性、韌性、焊接性能。塑性、韌性、焊接性能。（2）主加合金元素主要是主加合金元素主要是Mn，很少加很少加Cr和和Ni，是經(jīng)濟(jì)性能較好的鋼種。，是經(jīng)濟(jì)性能較好的鋼種。2.1 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金

8、結(jié)構(gòu)鋼Mn能細(xì)化珠光體和鐵素體晶粒；能細(xì)化珠光體和鐵素體晶粒；Mn的含量在的含量在1%1.5%范圍內(nèi)可促進(jìn)鐵素范圍內(nèi)可促進(jìn)鐵素體在形變時發(fā)生交滑移，使體在形變時發(fā)生交滑移，使112111滑移系在低溫下仍其作用，同時，錳還滑移系在低溫下仍其作用，同時，錳還使三次滲碳體難于在鐵素體晶界析出，使三次滲碳體難于在鐵素體晶界析出，減少了晶界的裂紋源，這也將改善鋼的減少了晶界的裂紋源，這也將改善鋼的沖擊韌性；沖擊韌性；Mn的加入還可使的加入還可使Fe-Fe3C相圖中的相圖中的S點左點左移，使基體中珠光體數(shù)量增多，致使強(qiáng)移，使基體中珠光體數(shù)量增多，致使強(qiáng)度不斷提高。度不斷提高。 2.1 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低

9、合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼（3）輔加合金元素輔加合金元素Al、V、Ti、Nb等等，既可產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用，還可細(xì)化晶粒，既可產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用，還可細(xì)化晶粒，從而使強(qiáng)韌性得以改善。從而使強(qiáng)韌性得以改善。（4）加入一定量的加入一定量的Cu和和P，改善這類鋼，改善這類鋼的耐大氣腐蝕性能。的耐大氣腐蝕性能。l Cu元素沉積在鋼的表面，具有正電位，成為附加元素沉積在鋼的表面，具有正電位，成為附加陰極，使鋼在很小的陽極電流下達(dá)到鈍化狀態(tài)。陰極，使鋼在很小的陽極電流下達(dá)到鈍化狀態(tài)。l P在鋼中可以起固溶強(qiáng)化的作用，也可以提高耐蝕在鋼中可以起固溶強(qiáng)化的作用，也

10、可以提高耐蝕性能；性能；l Ni和和Cr都能促進(jìn)鋼的鈍化，減少電化學(xué)腐蝕；都能促進(jìn)鋼的鈍化，減少電化學(xué)腐蝕；l 加入微量的稀土金屬也有良好的效果。加入微量的稀土金屬也有良好的效果。2.1 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼（5）加入微量稀土元素可以脫硫去氣，加入微量稀土元素可以脫硫去氣，凈化鋼材，并改善夾雜物的形態(tài)與分布，凈化鋼材，并改善夾雜物的形態(tài)與分布，從而改善鋼的力學(xué)性能和工藝性能。從而改善鋼的力學(xué)性能和工藝性能。 2.1 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼總之

11、，普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼合金化總之，普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼合金化的思路是：低碳，以的思路是：低碳，以Mn為基礎(chǔ)，適當(dāng)為基礎(chǔ)，適當(dāng)加入加入Al、V、Ti、Nb、Cu、P及稀土等及稀土等合金元素。合金元素。n我國低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的我國低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號牌號是按屈服是按屈服強(qiáng)度的高低來分類的，共強(qiáng)度的高低來分類的，共5個級別，個級別，21個鋼個鋼種。種。n我國低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的我國低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分、力化學(xué)成分、力學(xué)性能和特性及用途學(xué)性能和特性及用途分別如分別如表表2-1、表表2-3所所示。示。 2.1 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)

12、鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼一、微合金化鋼一、微合金化鋼是是70年代在低合金高強(qiáng)度結(jié)年代在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一大類高強(qiáng)度低合金鋼。構(gòu)鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一大類高強(qiáng)度低合金鋼。其化學(xué)成分特點是加入適量的微合金化合金元素，其化學(xué)成分特點是加入適量的微合金化合金元素，如鈦、鈮、釩等；如鈦、鈮、釩等；其工藝特點是運(yùn)用其工藝特點是運(yùn)用控制軋制控制軋制和和控制冷卻控制冷卻生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)工藝。n通過化學(xué)成分和制備工藝的最佳配合通過化學(xué)成分和制備工藝的最佳配合達(dá)到了鐵素體型鋼的最佳強(qiáng)化效果，達(dá)到了鐵素體型鋼的最佳強(qiáng)化效果，即細(xì)化晶粒強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的最佳組即細(xì)化晶粒強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的最佳組合。合。 2.2

13、 微合金化鋼微合金化鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼二、微量合金元素鈦、鈮、釩等的作用二、微量合金元素鈦、鈮、釩等的作用1.抑制奧氏體形變再結(jié)晶抑制奧氏體形變再結(jié)晶在熱加工過程中，通過在熱加工過程中，通過固溶、偏聚在奧固溶、偏聚在奧氏體晶界、應(yīng)變誘導(dǎo)析出氮化物，阻止氏體晶界、應(yīng)變誘導(dǎo)析出氮化物，阻止了奧氏體再結(jié)晶的晶界和位錯運(yùn)動了奧氏體再結(jié)晶的晶界和位錯運(yùn)動，從，從而抑制再結(jié)晶過程的進(jìn)行。而抑制再結(jié)晶過程的進(jìn)行。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼圖圖2-1 Nb、V和和Ti對再結(jié)晶臨界溫度的影響對再結(jié)晶臨界溫

14、度的影響強(qiáng)強(qiáng)弱弱延緩?qiáng)W氏體延緩?qiáng)W氏體再結(jié)晶能力再結(jié)晶能力Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.2 微合金化鋼微合金化鋼 2.阻止奧氏體晶粒的長大阻止奧氏體晶粒的長大n通過加入鈦和鈮形成通過加入鈦和鈮形成TiN或或Nb(C,N)，它們，它們在高溫下非常穩(wěn)定，其彌散分布對控制高在高溫下非常穩(wěn)定，其彌散分布對控制高溫下的晶粒長大有強(qiáng)烈的抑制作用溫下的晶粒長大有強(qiáng)烈的抑制作用。n微量鈮（微量鈮（w0.06%）形成的）形成的Nb(C,N) 阻止阻止奧氏體晶粒長大作用可達(dá)奧氏體晶粒長大作用可達(dá)1150；n微量鈦（微量鈦（w0.02%）以）以TiN從高溫固態(tài)鋼中從高溫固態(tài)鋼中析出，

15、呈彌散分布，對阻止奧氏體晶粒長析出，呈彌散分布，對阻止奧氏體晶粒長大很有效。大很有效。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼圖圖2-2 Nb、V和和Ti對正火態(tài)低合金鋼晶粒度的影響對正火態(tài)低合金鋼晶粒度的影響細(xì)化晶粒的作用細(xì)化晶粒的作用強(qiáng)強(qiáng)弱弱3.形成沉淀相促進(jìn)沉淀強(qiáng)化作用形成沉淀相促進(jìn)沉淀強(qiáng)化作用鈦和鈮的碳化物和氮化物有足夠低的固溶鈦和鈮的碳化物和氮化物有足夠低的固溶度和高的穩(wěn)定性。度和高的穩(wěn)定性。釩只有在氮化物中才這釩只有在氮化物中才這樣。一般微合金

16、化鋼中的沉淀強(qiáng)化相主要樣。一般微合金化鋼中的沉淀強(qiáng)化相主要是低溫下析出的是低溫下析出的Nb(C,N)和和VC。當(dāng)當(dāng)w(Nb)0.04%時，其細(xì)化晶粒對屈服強(qiáng)度時，其細(xì)化晶粒對屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于沉淀強(qiáng)化的作用的貢獻(xiàn)大于沉淀強(qiáng)化的作用；當(dāng)當(dāng)w(Nb)0.04%時，其沉淀強(qiáng)化作用對屈服強(qiáng)度的時，其沉淀強(qiáng)化作用對屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于細(xì)化晶粒的作用。貢獻(xiàn)大于細(xì)化晶粒的作用。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼微合金化元素釩的沉淀強(qiáng)化對屈服強(qiáng)度的微合金化元素釩的沉淀強(qiáng)化對屈服強(qiáng)度的作用最大，而鈦的作用處于鈮和釩之間。作用最大，而鈦的作用處于鈮和釩之間。圖

17、圖2-3 微合金元素對鋼屈服強(qiáng)度的影響微合金元素對鋼屈服強(qiáng)度的影響G G細(xì)化晶粒強(qiáng)化的貢獻(xiàn)；細(xì)化晶粒強(qiáng)化的貢獻(xiàn)； phph沉淀強(qiáng)化的貢獻(xiàn)沉淀強(qiáng)化的貢獻(xiàn) Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.2 微合金化鋼微合金化鋼 4.改善鋼的顯微組織改善鋼的顯微組織鈦、釩、鈮等合金碳化物和氮化物隨奧氏鈦、釩、鈮等合金碳化物和氮化物隨奧氏體化溫度的升高有一定的溶解量，溶于奧體化溫度的升高有一定的溶解量，溶于奧氏體的微合金化元素提高了過冷奧氏體的氏體的微合金化元素提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，降低了發(fā)生先共析鐵素體和珠光穩(wěn)定性，降低了發(fā)生先共析鐵素體和珠光體的溫度范圍，低溫下形成的先共析鐵

18、素體的溫度范圍，低溫下形成的先共析鐵素體和珠光體組織更細(xì)小，并使相間沉淀體和珠光體組織更細(xì)小，并使相間沉淀Nb(C,N)和和V(C,N)的粒子更細(xì)小。的粒子更細(xì)小。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼三、控制軋制與控制冷卻三、控制軋制與控制冷卻鋼材的熱軋工藝（如鋼坯的加熱溫度、保溫鋼材的熱軋工藝（如鋼坯的加熱溫度、保溫時間、開軋溫度、軋制道次和道次變形量、時間、開

19、軋溫度、軋制道次和道次變形量、終軋溫度以及軋后冷卻等參數(shù)）對鋼材的力終軋溫度以及軋后冷卻等參數(shù)）對鋼材的力學(xué)性能有重要影響。學(xué)性能有重要影響。由于在普低鋼中加入微量的由于在普低鋼中加入微量的Nb、V等合金元等合金元素可以產(chǎn)生顯著的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)，但同時也素可以產(chǎn)生顯著的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)，但同時也使鋼的冷脆性傾向增大。所以要生產(chǎn)強(qiáng)韌性使鋼的冷脆性傾向增大。所以要生產(chǎn)強(qiáng)韌性鋼還必須采取相應(yīng)的鋼還必須采取相應(yīng)的韌化措施韌化措施，即采用，即采用控控制軋制制軋制和和控制冷卻控制冷卻工藝來細(xì)化鐵素體晶粒。工藝來細(xì)化鐵素體晶粒。 2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金

20、結(jié)構(gòu)鋼1.控制軋制控制軋制是將加入微合金化元素的普是將加入微合金化元素的普低鋼加熱到高溫（低鋼加熱到高溫（12501350）進(jìn)行軋制，但必須將終軋溫度控制在進(jìn)行軋制，但必須將終軋溫度控制在Ar3附近?？刂栖堉票举|(zhì)上是形變熱附近?？刂栖堉票举|(zhì)上是形變熱處理的一種派生形式，其主要目的是處理的一種派生形式，其主要目的是細(xì)化晶粒組織，從而提高熱軋鋼的強(qiáng)細(xì)化晶粒組織，從而提高熱軋鋼的強(qiáng)韌性。韌性。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼在高于在高于1200時，時，一方面，一方面，鋼中的鈮、鈦的碳氮化物部鋼中的鈮、鈦的碳氮化物部分溶解于奧氏體，以便在隨后的

21、軋制分溶解于奧氏體，以便在隨后的軋制過程中析出，起抑制再結(jié)晶和控制奧過程中析出，起抑制再結(jié)晶和控制奧氏體晶粒長大的作用；在軋制完畢的氏體晶粒長大的作用；在軋制完畢的冷卻過程中，又有部分彌散的碳化物冷卻過程中，又有部分彌散的碳化物析出起沉淀強(qiáng)化作用析出起沉淀強(qiáng)化作用。另一方面，另一方面，未溶的鈮、鈦的碳氮化物未溶的鈮、鈦的碳氮化物起阻止鋼坯的奧氏體晶粒過渡長大的起阻止鋼坯的奧氏體晶粒過渡長大的作用。作用。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼控制軋制通常由三個階段組成：控制軋制通常由三個階段組成：第一階段第一階段是高溫下的再結(jié)晶區(qū)變形；是高溫下

22、的再結(jié)晶區(qū)變形；第二階段第二階段是在緊靠是在緊靠Ar3以上的低溫?zé)o以上的低溫?zé)o再結(jié)晶區(qū)變形；再結(jié)晶區(qū)變形；第三階段第三階段是在奧氏體是在奧氏體-鐵素體兩相區(qū)變鐵素體兩相區(qū)變形。形。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼圖圖2-6 控制軋制三個階段及每個階段變形時顯微組織的變化示意圖控制軋制三個階段及每個階段變形時顯微組織的變化示意圖Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.2 微合金化鋼微合金化鋼 常規(guī)熱軋和控制軋制之間的差別在于常規(guī)熱軋和控制軋制之間的差別在于常規(guī)熱軋的常規(guī)熱軋的鐵素體形核只在鐵素體形核只在A晶界上晶界

23、上形成形成；控制軋制的奧氏體晶粒被形變帶劃分控制軋制的奧氏體晶粒被形變帶劃分為幾個部分，使得為幾個部分，使得鐵素體形核不僅發(fā)鐵素體形核不僅發(fā)生在奧氏體晶界上，而且還在奧氏體生在奧氏體晶界上，而且還在奧氏體的晶內(nèi)的晶內(nèi)。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼若將一般熱軋與控制軋制比較，可以若將一般熱軋與控制軋制比較，可以發(fā)現(xiàn)它們與正火與淬火之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)它們與正火與淬火之間的關(guān)系:相似相似:在控制軋制和淬火鋼中，在控制軋制和淬火鋼中，奧氏奧氏體晶粒被分割為幾部分，從而形成非體晶粒被分割為幾部分，從而形成非常細(xì)小的晶粒組織常細(xì)小的晶粒組織。區(qū)別區(qū)

24、別:控制軋制和淬火分割奧氏體晶控制軋制和淬火分割奧氏體晶粒的區(qū)別在于，粒的區(qū)別在于，控制軋制是依靠變形控制軋制是依靠變形帶，淬火是依靠馬氏體相變帶，淬火是依靠馬氏體相變。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼控制軋制通常有兩種工藝：控制軋制通常有兩種工藝： 傳統(tǒng)的控制軋制傳統(tǒng)的控制軋制，即當(dāng)控制軋制是，即當(dāng)控制軋制是在在低于低于再結(jié)晶終止溫度時變形再結(jié)晶終止溫度時變形，此時已變形的奧，此時已變形的奧氏體或發(fā)生再結(jié)晶但晶粒來不及長大，或氏體或發(fā)生再結(jié)晶但晶粒來不及長大，或者僅達(dá)到回復(fù)狀態(tài)未發(fā)生再結(jié)晶，奧氏體者僅達(dá)到回復(fù)狀態(tài)未發(fā)生再結(jié)晶，奧氏體在

25、形變道次時間終了時，實際上仍保持加在形變道次時間終了時，實際上仍保持加工狀態(tài)的薄餅形晶粒。工狀態(tài)的薄餅形晶粒。 隨后通過控制冷卻使得隨后通過控制冷卻使得鐵素體在奧氏體晶鐵素體在奧氏體晶界和晶內(nèi)滑移帶上多處形核界和晶內(nèi)滑移帶上多處形核得到極細(xì)小的得到極細(xì)小的鐵素體晶粒。鐵素體晶粒。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金化元素的作用微合金化元素的作用是為了在熱加工時應(yīng)是為了在熱加工時應(yīng)變誘導(dǎo)析出，阻礙奧氏體再結(jié)晶，升高奧變誘導(dǎo)析出，阻礙奧氏體再結(jié)晶，升高奧氏體的再結(jié)晶溫度。氏體的再結(jié)晶溫度。只有只有Nb(C,N)是最理想的應(yīng)變誘導(dǎo)析出相；

26、是最理想的應(yīng)變誘導(dǎo)析出相；TiN由于沉淀溫度太高，不能成為應(yīng)變誘導(dǎo)由于沉淀溫度太高，不能成為應(yīng)變誘導(dǎo)析出相；析出相；而而VN和和VC沉淀的溫度太低，不能用來抑沉淀的溫度太低，不能用來抑制奧氏體再結(jié)晶，只能用作沉淀強(qiáng)化相。制奧氏體再結(jié)晶，只能用作沉淀強(qiáng)化相。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼傳統(tǒng)的控制軋制工藝的缺點傳統(tǒng)的控制軋制工藝的缺點是終軋溫度是終軋溫度較低，一般要低于較低，一般要低于900，此時鋼的強(qiáng)度因，此時鋼的強(qiáng)度因溫度降低而升高，軋制時變形抗力增大，必溫度降低而升高，軋制時變形抗力增大，必須有須有高功率的強(qiáng)力軋機(jī)高功率的強(qiáng)力軋機(jī)

27、才能實現(xiàn)這種工藝。才能實現(xiàn)這種工藝。 2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼 再結(jié)晶控制軋制再結(jié)晶控制軋制，即當(dāng)控制軋制是，即當(dāng)控制軋制是在在高于高于再結(jié)晶終止溫度時變形再結(jié)晶終止溫度時變形，此時奧氏體要發(fā)，此時奧氏體要發(fā)生再結(jié)晶，因此必須抑制熱變形后再結(jié)晶生再結(jié)晶，因此必須抑制熱變形后再結(jié)晶奧氏體的粗化和避免應(yīng)變誘導(dǎo)析出。奧氏體的粗化和避免應(yīng)變誘導(dǎo)析出。 微合金化元素的作用微合金化元素的作用加入加入鈦鈦使鋼在液凝后的冷卻過程中析出穩(wěn)使鋼在液凝后的冷卻過程中析出穩(wěn)定彌散的定彌散的TiN質(zhì)點，可抑制經(jīng)反復(fù)形變再質(zhì)點，可抑制經(jīng)反復(fù)形變再結(jié)晶細(xì)化的

28、奧氏體晶粒長大，當(dāng)反復(fù)多道結(jié)晶細(xì)化的奧氏體晶粒長大，當(dāng)反復(fù)多道次形變和再結(jié)晶后，奧氏體晶粒得到細(xì)化。次形變和再結(jié)晶后，奧氏體晶粒得到細(xì)化。 2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼由于終軋溫度高（高于由于終軋溫度高（高于950），形變不能），形變不能誘導(dǎo)誘導(dǎo)V(C,N)相產(chǎn)生，所以不能阻礙奧氏體相產(chǎn)生，所以不能阻礙奧氏體再結(jié)晶，加入微合金化元素再結(jié)晶，加入微合金化元素釩釩只作為低溫只作為低溫析出的沉淀強(qiáng)化相。析出的沉淀強(qiáng)化相。l由此發(fā)展了高于再結(jié)晶溫度控軋的由此發(fā)展了高于再結(jié)晶溫度控軋的V-Ti-NV-Ti-N鋼。這種鋼可以通過控制軋制得到極細(xì)

29、小鋼。這種鋼可以通過控制軋制得到極細(xì)小的鐵素體晶粒和珠光體團(tuán)的鐵素體晶粒和珠光體團(tuán)。n再結(jié)晶控制軋制工藝的優(yōu)點再結(jié)晶控制軋制工藝的優(yōu)點是特別適合是特別適合在不能進(jìn)行低溫軋制的在不能進(jìn)行低溫軋制的低功率軋機(jī)低功率軋機(jī)上實施，上實施，或者在鍛造時使用?；蛘咴阱懺鞎r使用。 2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.控制冷卻工藝對獲得細(xì)小的鐵素體晶粒和沉控制冷卻工藝對獲得細(xì)小的鐵素體晶粒和沉淀強(qiáng)化相極為重要。淀強(qiáng)化相極為重要。對于截面較厚的鋼材，對于截面較厚的鋼材，冷卻速度過慢時冷卻速度過慢時，對，對于截面較厚的鋼材，析出的先共析鐵素體將于截面較厚的

30、鋼材，析出的先共析鐵素體將長大，珠光體團(tuán)和片層也粗化，這就長大，珠光體團(tuán)和片層也粗化，這就降低了降低了鋼的強(qiáng)度和韌性鋼的強(qiáng)度和韌性；對于微合金化鋼，對于微合金化鋼，冷卻速度過慢時冷卻速度過慢時，發(fā)生相，發(fā)生相間沉淀的溫度較高，沉淀相過于粗大，間沉淀的溫度較高，沉淀相過于粗大，減弱減弱了沉淀強(qiáng)化效應(yīng)了沉淀強(qiáng)化效應(yīng)。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼l根據(jù)鋼材截面的厚度不同，根據(jù)鋼材截面的厚度不同，控制冷卻控制冷卻可以采用強(qiáng)制風(fēng)冷、噴霧、噴水等措施可以采用強(qiáng)制風(fēng)冷、噴霧、噴水等措施來控制冷卻速度。來控制冷卻速度。2.2 微合金化鋼微合金化鋼

31、Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼冷卻速度過快時冷卻速度過快時，鋼的塑性和韌性又鋼的塑性和韌性又較差較差。所以，在連軋鋼板生產(chǎn)過程中，所以，在連軋鋼板生產(chǎn)過程中，控制鋼板的卷取溫度也很重要控制鋼板的卷取溫度也很重要，卷取，卷取溫度一般控制在溫度一般控制在600650，使鋼板，使鋼板在在600以下冷卻速度減慢，以便改善以下冷卻速度減慢，以便改善鋼材的塑性和韌性。鋼材的塑性和韌性。2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼控制軋制和控制冷卻的主要工藝參數(shù)控制軋制和控制冷卻的主要工藝參數(shù)l選擇合適的選擇合適的加熱溫度加熱溫度，

32、以獲得細(xì)小而，以獲得細(xì)小而均勻的奧氏體晶粒；均勻的奧氏體晶粒；l選擇適當(dāng)?shù)倪x擇適當(dāng)?shù)能堉频来魏兔康赖膲很埩寇堉频来魏兔康赖膲很埩?，通過回復(fù)再結(jié)晶獲得細(xì)小的晶粒；通過回復(fù)再結(jié)晶獲得細(xì)小的晶粒；l選擇合適的選擇合適的在再結(jié)晶區(qū)和無再結(jié)晶區(qū)在再結(jié)晶區(qū)和無再結(jié)晶區(qū)停留時間和溫度停留時間和溫度，以使再結(jié)晶的晶粒內(nèi)，以使再結(jié)晶的晶粒內(nèi)產(chǎn)生形變回復(fù)的多邊化亞結(jié)構(gòu)；產(chǎn)生形變回復(fù)的多邊化亞結(jié)構(gòu)；2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼l在鐵素體在鐵素體-奧氏體兩相區(qū)選擇適宜的奧氏體兩相區(qū)選擇適宜的總壓下量和軋制溫度總壓下量和軋制溫度；l控制控制冷卻速度冷卻速度。

33、 2.2 微合金化鋼微合金化鋼 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)控制冷卻后的優(yōu)質(zhì)中板經(jīng)控制冷卻后的優(yōu)質(zhì)中板2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼背景背景l(fā)具有鐵素體具有鐵素體-珠光體組織的低合金鋼和微合金珠光體組織的低合金鋼和微合金化鋼的屈服強(qiáng)度的極限約為化鋼的屈服強(qiáng)度的極限約為460MPa。l若要求更高強(qiáng)度和韌性的配合，就需要考若要求更高強(qiáng)度和韌性的配合，就需要考慮選擇其它類型組織的低合金鋼慮選擇其它類型組織的低合金鋼，如采用，如采用相變強(qiáng)化的方法，因而發(fā)展了低碳貝氏體型、相變強(qiáng)化的方法，因

34、而發(fā)展了低碳貝氏體型、低碳索氏體型及低碳馬氏體型鋼。低碳索氏體型及低碳馬氏體型鋼。Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼l主要是適當(dāng)主要是適當(dāng)降低鋼的含碳量以改善韌性降低鋼的含碳量以改善韌性，由，由此造成的此造成的強(qiáng)度損失可由加入合金元素通過控強(qiáng)度損失可由加入合金元素通過控制軋制和控制冷卻后形成低碳貝氏體或馬氏制軋制和控制冷卻后形成低碳貝氏體或馬氏體的相變強(qiáng)化的方法得到補(bǔ)償體的相變強(qiáng)化的方法得到補(bǔ)償。l配合配合加入微合金化元素加入微合金化元素，如鈮以細(xì)化晶粒并，如

35、鈮以細(xì)化晶粒并進(jìn)一步提高韌性。進(jìn)一步提高韌性。 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼一、低碳貝氏體型鋼一、低碳貝氏體型鋼貝氏體鋼的發(fā)展過程貝氏體鋼的發(fā)展過程l20 世紀(jì)世紀(jì) 20 年代，年代， Robertson 首先發(fā)現(xiàn)鋼的首先發(fā)現(xiàn)鋼的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，隨后中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，隨后 Devenport 和和 Bain 等等人對這種組織進(jìn)行了大量細(xì)致的研究，直人對這種組織進(jìn)行了大量細(xì)致的研究，直到到 1934 年年 “ 貝氏體貝氏體 ” 術(shù)語的提出，貝氏術(shù)語的提出，貝氏體

36、結(jié)構(gòu)及其相變機(jī)制一直是人們研究的重體結(jié)構(gòu)及其相變機(jī)制一直是人們研究的重點。點。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼l由于貝氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍界于珠光體與由于貝氏體轉(zhuǎn)變的溫度范圍界于珠光體與馬氏體之間，相應(yīng)地貝氏體組織兼?zhèn)淞烁唏R氏體之間，相應(yīng)地貝氏體組織兼?zhèn)淞烁邷剞D(zhuǎn)變產(chǎn)物的塑韌性和低溫轉(zhuǎn)變的強(qiáng)度，溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的塑韌性和低溫轉(zhuǎn)變的強(qiáng)度，具有良好的強(qiáng)韌性配合，從而引起人們的具有良好的強(qiáng)韌性配合，從而引起人們的極大關(guān)注。極大關(guān)注。l但早期的貝氏體鋼一般是通過等溫淬火工但早

37、期的貝氏體鋼一般是通過等溫淬火工藝獲得，由于工藝復(fù)雜使其大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)藝獲得，由于工藝復(fù)雜使其大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用受到限制。用受到限制。 2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼l20 世紀(jì)世紀(jì) 50 年代末期，英國的年代末期，英國的 Irvine 和和 Pickering 等人率先發(fā)明了具有高的貝氏體淬等人率先發(fā)明了具有高的貝氏體淬透性透性 Mo-B 系貝氏體鋼，通過系貝氏體鋼，通過 Mo 、 W 、 B 等元素的加入使一定尺寸的工件在空冷條件下等元素的加入使一定尺寸的工

38、件在空冷條件下即可得到以貝氏體為主的組織，從而實現(xiàn)了貝即可得到以貝氏體為主的組織，從而實現(xiàn)了貝氏體鋼生產(chǎn)的工藝變革：盡管氏體鋼生產(chǎn)的工藝變革：盡管 Mo 的價格較高，的價格較高，而且為了降低貝氏體轉(zhuǎn)變起始溫度（而且為了降低貝氏體轉(zhuǎn)變起始溫度（ BS ），），改善強(qiáng)韌性，還須添加其他合金元素復(fù)合金化，改善強(qiáng)韌性，還須添加其他合金元素復(fù)合金化，致使鋼的成本進(jìn)一步增加，但是致使鋼的成本進(jìn)一步增加，但是 Mo-B 系貝氏系貝氏體鋼還是得到了一定的發(fā)展。體鋼還是得到了一定的發(fā)展。 2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter

39、 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼l20 世紀(jì)世紀(jì) 70 年代，方鴻生教授等人的研究年代，方鴻生教授等人的研究發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)： Mn 在一定含量時，使鋼的在一定含量時，使鋼的 C 曲線曲線形狀發(fā)生變化。形狀發(fā)生變化。u Mn 在過冷奧氏體轉(zhuǎn)變中具有特殊的再分在過冷奧氏體轉(zhuǎn)變中具有特殊的再分配規(guī)律。對配規(guī)律。對 Mn-B 鋼中鋼中 Mn 富集因子的實驗富集因子的實驗結(jié)果表明在結(jié)果表明在600 左右的溫度區(qū)間內(nèi)，左右的溫度區(qū)間內(nèi)， Mn 在在 和和 兩相中的濃度無明顯區(qū)別，而在兩相中的濃度無明顯區(qū)別，而在/ 界界面富集程度很大。界界面富集程度很大。Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工

40、程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼uMn在相界面的濃度峰勢必對界面遷移產(chǎn)在相界面的濃度峰勢必對界面遷移產(chǎn)生釘扎作用即生釘扎作用即溶質(zhì)拖曳作用溶質(zhì)拖曳作用，使鐵素體生長，使鐵素體生長顯著推遲。顯著推遲。u此外，此外，Mn 在相界面的富集也降低了相界在相界面的富集也降低了相界附近奧氏體基體內(nèi)碳的活度及活度梯度附近奧氏體基體內(nèi)碳的活度及活度梯度 ，導(dǎo)，導(dǎo)致碳在奧氏體中擴(kuò)散速度降低，此即所謂致碳在奧氏體中擴(kuò)散速度降低，此即所謂溶溶質(zhì)類拖曳作用質(zhì)類拖曳作用，進(jìn)一步抑制了鐵素體生長。，進(jìn)一步抑制了鐵素體生長。 C

41、hapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼l由于溶質(zhì)拖曳和類由于溶質(zhì)拖曳和類拖曳作用，導(dǎo)致該拖曳作用，導(dǎo)致該合金的合金的轉(zhuǎn)變曲轉(zhuǎn)變曲線在線在 600 左右出左右出現(xiàn)現(xiàn)“河灣河灣”形狀。形狀。 此拖曳作用還顯著此拖曳作用還顯著降低貝氏體相變驅(qū)降低貝氏體相變驅(qū)動力及貝氏體相變動力及貝氏體相變溫度，細(xì)化貝氏體溫度，細(xì)化貝氏體尺寸。尺寸。Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素

42、體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼低碳貝氏體型鋼的組織和成分低碳貝氏體型鋼的組織和成分l低碳貝氏體鋼在軋制或正火后控制冷卻，低碳貝氏體鋼在軋制或正火后控制冷卻，直接得到直接得到低碳貝氏體組織。低碳貝氏體組織。l與相同碳含量的鐵素體與相同碳含量的鐵素體-珠光體組織鋼相珠光體組織鋼相比具有更高的強(qiáng)度和良好的韌性。利用貝比具有更高的強(qiáng)度和良好的韌性。利用貝氏體相變強(qiáng)化，鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)到氏體相變強(qiáng)化，鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)到490MPa 780MPa。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合

43、金結(jié)構(gòu)鋼l低碳貝氏體鋼的化學(xué)成分低碳貝氏體鋼的化學(xué)成分:lw(C)=0.10%0.20%，lw(Mo)=0.30%0.60%，lw(Mn)=0.60%1.60%，lw(B)=0.001%0.005%，lw(V)=0.04%0.10%，lw(Nb)或或w(Ti)=0.010% 0.06%，l并經(jīng)常加并經(jīng)常加w(Cr)=0.4%0.7%。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼低碳貝氏體型鋼低碳貝氏體型鋼中的合金化中的合金化:l主加合金元素主加合金元素鉬鉬和和硼硼是能顯

44、著推是能顯著推遲先共析鐵素體遲先共析鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，和珠光體轉(zhuǎn)變，而對貝氏體轉(zhuǎn)變而對貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較少。推遲較少。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼圖圖2-7 低碳鉬鋼和鉬硼鋼的過低碳鉬鋼和鉬硼鋼的過冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變開始曲線冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變開始曲線 l再加入再加入錳、鉻、鎳錳、鉻、鎳等元素，進(jìn)一步推遲先等元素，進(jìn)一步推遲先共析鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，共析鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，并使并使BS點下降，點下降，以獲得下貝氏體組織以獲得下貝氏體組織。l通過微合金化，充分發(fā)

45、揮通過微合金化，充分發(fā)揮鈮、鈦、釩鈮、鈦、釩的細(xì)的細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的作用。化晶粒和沉淀強(qiáng)化的作用。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼典型的低碳貝氏體型鋼典型的低碳貝氏體型鋼:l14MnMoV和和14MnMoVBRE鋼是我國發(fā)展鋼是我國發(fā)展的典型的低碳貝氏體型鋼，其屈服強(qiáng)度為的典型的低碳貝氏體型鋼，其屈服強(qiáng)度為490 MPa級。主要用于制造容器的板材和級。主要用于制造容器的板材和其它鋼結(jié)構(gòu)。板厚小于其它鋼結(jié)構(gòu)。板厚小于14mm時，在熱軋態(tài)時，在熱軋態(tài)即可得到貝

46、氏體；板厚大于即可得到貝氏體；板厚大于14mm時，需要時，需要正火處理。正火處理。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼l為了提高鋼的室溫和低溫韌性，改善焊接為了提高鋼的室溫和低溫韌性，改善焊接性，發(fā)展了性，發(fā)展了超低碳貝氏體鋼超低碳貝氏體鋼，鋼的含碳量，鋼的含碳量降低到降低到w(C)=0.02%，并加入，并加入w(Ti)=0.01%使之成為使之成為Mn-Mo-Nb-Ti-B超低碳貝氏體型超低碳貝氏體型鋼。通過控制軋制和控制冷卻可以得到高鋼。通過控制軋制和控制冷卻

47、可以得到高位錯密度的細(xì)小貝氏體組織。這種鋼可在位錯密度的細(xì)小貝氏體組織。這種鋼可在0以下溫度條件下服役。以下溫度條件下服役。 2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼l方鴻生教授等人研究的方鴻生教授等人研究的Mn系及系及Mn-B系貝系貝氏體鋼：氏體鋼：n突破了為獲空冷貝氏體必須加昂貴突破了為獲空冷貝氏體必須加昂貴 Mo 、 W 的傳統(tǒng)成分設(shè)計思路。的傳統(tǒng)成分設(shè)計思路。 Mn 原料的價格原料的價格約為約為 Mo 的的 1/50 。n高的貝氏體空冷淬透性和較低的貝氏體轉(zhuǎn)

48、高的貝氏體空冷淬透性和較低的貝氏體轉(zhuǎn)變起始溫度（變起始溫度（ Bs ），有利于大件實現(xiàn)空冷），有利于大件實現(xiàn)空冷自硬，且具備足夠的韌性；自硬，且具備足夠的韌性； Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼n無需添加多量合金元素進(jìn)行復(fù)合金化，成無需添加多量合金元素進(jìn)行復(fù)合金化，成分簡單，成本低；分簡單，成本低；n摒棄了摒棄了 Mo-B 系貝氏體鋼限于低碳為主的系貝氏體鋼限于低碳為主的傳統(tǒng)，設(shè)計出不同性能、用途的中高碳、傳統(tǒng)，設(shè)計出不同性能、用途的中高碳、中碳中碳 Mn

49、系貝氏體體鋼系列鋼種，該鋼免系貝氏體體鋼系列鋼種，該鋼免除了淬火或淬回火工序，降低了淬火過程除了淬火或淬回火工序，降低了淬火過程中產(chǎn)生的變形，開裂，氧化和脫碳傾向；中產(chǎn)生的變形，開裂，氧化和脫碳傾向；n有效地縮短了工藝流程并節(jié)省能源，因此有效地縮短了工藝流程并節(jié)省能源，因此近年來已在我國多個產(chǎn)品中得到應(yīng)用。近年來已在我國多個產(chǎn)品中得到應(yīng)用。Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼二、針狀鐵素體型鋼二、針狀鐵素體型鋼針狀鐵素體鋼是鋼材在控制軋制后空冷過針狀鐵素體鋼是鋼

50、材在控制軋制后空冷過程中程中通過切變和擴(kuò)散相變通過切變和擴(kuò)散相變形成由位錯列陣形成由位錯列陣和位錯胞組成的非等軸鐵素體鋼。相變開和位錯胞組成的非等軸鐵素體鋼。相變開始發(fā)生在較上貝氏體為高的溫度范圍里，始發(fā)生在較上貝氏體為高的溫度范圍里，反映在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖上，貝氏體區(qū)被鐵反映在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖上，貝氏體區(qū)被鐵素體區(qū)所掩蓋。這類鋼的素體區(qū)所掩蓋。這類鋼的顯微組織是顯微組織是低碳低碳或超低碳的針狀鐵素體，與低碳貝氏體很或超低碳的針狀鐵素體，與低碳貝氏體很相似，但由于含相似，但由于含C量極低，故鐵素體板條的量極低，故鐵素體板條的相界上不存在碳化物。相界上不存在碳化物。 2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素

51、體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼針狀鐵素體型鋼的合金化針狀鐵素體型鋼的合金化l低碳低碳是為了是為了Nb的碳化物沉淀，含的碳化物沉淀，含C量一般不量一般不低于低于0.06%，高于這一水平，高于這一水平，C的偏析將引的偏析將引起韌性的下降，這是由于高碳區(qū)往往成為斷起韌性的下降，這是由于高碳區(qū)往往成為斷裂的微孔形核核心。裂的微孔形核核心。lMn的含量根據(jù)鋼板厚度和要求的強(qiáng)度水平的含量根據(jù)鋼板厚度和要求的強(qiáng)度水平?jīng)Q定決定，一般在，一般在1.4%2.2%之間。之間。Mn推遲鐵推遲鐵素體素體-珠光體相

52、變，降低珠光體相變，降低BS點，使細(xì)晶粒的針點，使細(xì)晶粒的針狀鐵素體在狀鐵素體在450以下形成；以下形成； Mn也是固溶強(qiáng)也是固溶強(qiáng)化的元素?；脑?。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼lMo的含量也根據(jù)鋼板厚度確定的含量也根據(jù)鋼板厚度確定u在在0.15% 0.6%之間。之間。Mo能有效地推遲能有效地推遲鐵素體而不影響貝氏體相變鐵素體而不影響貝氏體相變；uMo與與Mn聯(lián)合使用還有利于得到細(xì)晶粒聯(lián)合使用還有利于得到細(xì)晶粒的針狀鐵素體而不是粗大的多邊形鐵素的針狀鐵

53、素體而不是粗大的多邊形鐵素體。當(dāng)體。當(dāng)Mo被被Cu-Ni-Cr代替時，通過控制代替時，通過控制軋制，也可以得到針狀鐵素體。軋制，也可以得到針狀鐵素體。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼lNb的含量一般在的含量一般在0.04%0.06%之間，通過之間，通過沉淀相沉淀相Nb(C,N)的析出能有效地產(chǎn)生沉淀強(qiáng)的析出能有效地產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化化，并且在奧氏體熱軋時，沉淀相，并且在奧氏體熱軋時，沉淀相Nb(C,N)也可以細(xì)化晶粒。也可以細(xì)化晶粒。顯微組織和性能特點顯微組織和性

54、能特點l細(xì)晶粒的多邊化鐵素體、細(xì)晶粒的多邊化鐵素體、30%以上的針狀以上的針狀鐵素體片、高度彌散的滲碳體質(zhì)點、少量鐵素體片、高度彌散的滲碳體質(zhì)點、少量島狀的馬氏體島狀的馬氏體-奧氏體塊和細(xì)而彌散的奧氏體塊和細(xì)而彌散的Nb(C,N)質(zhì)點質(zhì)點。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼l這類鋼由于缺乏足夠的這類鋼由于缺乏足夠的C去鎖住位錯，因而去鎖住位錯，因而未鎖住的部分可以導(dǎo)致位錯運(yùn)動而不能突未鎖住的部分可以導(dǎo)致位錯運(yùn)動而不能突然引發(fā)屈服點的自由位錯的產(chǎn)生，從而然引發(fā)屈

55、服點的自由位錯的產(chǎn)生，從而顯顯示出連續(xù)的應(yīng)力示出連續(xù)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。應(yīng)變曲線。這種力學(xué)行為這種力學(xué)行為與鐵素體與鐵素體-珠光體鋼相比，在許多場合是十珠光體鋼相比，在許多場合是十分有利的，比如在管線建設(shè)中。軋材可以分有利的，比如在管線建設(shè)中。軋材可以精確地就位成形。這類鋼的屈服強(qiáng)度一般精確地就位成形。這類鋼的屈服強(qiáng)度一般大于大于470MPa，伸長率大于，伸長率大于20%，室溫沖擊，室溫沖擊值大于值大于80J。 2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼X70級管線鋼拉

56、伸試驗曲線級管線鋼拉伸試驗曲線 Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼典型針狀鐵素體型鋼鋼種典型針狀鐵素體型鋼鋼種l針狀鐵素體型鋼的典型鋼種為針狀鐵素體型鋼的典型鋼種為Mn-Mo-Nb鋼，鋼，其化學(xué)成分范圍為其化學(xué)成分范圍為w(C)0.10%，w(Mn)=1.6%2.0%，w(Mo)=0.2%0.6%，w(Nb)=0.04%0.06%，有時還加，有時還加w(V)=0.06%，w(Ti)=0.01%。 l這類鋼通常用堿性氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉，用鋁脫這類鋼通常用堿性氧氣轉(zhuǎn)爐冶

57、煉，用鋁脫氧，并且氧，并且S含量很低（大約為含量很低（大約為0.05%左右）；左右）；或者用稀土處理，控制硫化物的形態(tài)，提或者用稀土處理，控制硫化物的形態(tài)，提高橫向沖擊性能。高橫向沖擊性能。 2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼l這類鋼和低碳貝這類鋼和低碳貝氏體型鋼一樣，氏體型鋼一樣，不僅具有良好的不僅具有良好的低溫韌性，而且低溫韌性，而且還具有良好的焊還具有良好的焊接性能接性能，已成功，已成功地地應(yīng)用于制造寒應(yīng)用于制造寒帶輸送石油帶輸送石油和和天天然氣的管線然

58、氣的管線。 2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼西氣東輸工程西氣東輸工程三、鐵素體三、鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼 背景背景l(fā)由于傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)由于傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)度鋼度鋼對汽車壓力加工件對汽車壓力加工件來說，沒有具備足夠的來說，沒有具備足夠的冷成形性冷成形性，因而需要改，因而需要改善其強(qiáng)度善其強(qiáng)度-成形性的綜合成形性的綜合性能以滿足汽車沖壓成性能以滿足汽車沖壓成型件的要求。型件的要求。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素

59、體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Chapter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼顯微組織特點顯微組織特點l把傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)度的顯微組織，即鐵把傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)度的顯微組織，即鐵素體加珠光體素體加珠光體改成改成鐵素體加馬氏體（實際鐵素體加馬氏體（實際上還包含少量奧氏體）的雙相組織，其上還包含少量奧氏體）的雙相組織，其顯顯微組織特征是微組織特征是20%左右的左右的馬氏體馬氏體呈小島狀呈小島狀或纖維狀分布在或纖維狀分布在80%左右的左右的鐵素體鐵素體基體上。基體上。2.3 低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼馬氏體雙相鋼Ch

60、apter 2 工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用合金結(jié)構(gòu)鋼一方面一方面使鋼中的碳在奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變析出使鋼中的碳在奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變析出先共析鐵素體時集中在奧氏體中，當(dāng)奧氏體先共析鐵素體時集中在奧氏體中，當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體（含碳量偏高）時，將引起體轉(zhuǎn)變成馬氏體（含碳量偏高）時，將引起體積和形狀變化，并且鐵素體相中的間隙碳原積和形狀變化，并且鐵素體相中的間隙碳原子相對較為貧化；子相對較為貧化；另一方面另一方面，在一定冷卻條件或應(yīng)變誘發(fā)下，在一定冷卻條件或應(yīng)變誘發(fā)下的馬氏體相變將在馬氏體區(qū)域產(chǎn)生殘余應(yīng)力，的馬氏體相變將在馬氏體區(qū)域產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在鐵素體中激發(fā)出高密度的可動位錯（由于在鐵素體中激發(fā)出高密度