第二章 工程構件鋼2013-xs

1、工程構件用鋼：用于制造各工程構件用鋼：用于制造各種大型金屬結構的鋼材。種大型金屬結構的鋼材。建筑、橋梁、船舶、建筑、橋梁、船舶、 車輛、石油化工、電站、車輛、石油化工、電站、 鍋爐、壓力容器；鍋爐、壓力容器；l用量大用量大, 約占約占70；特點特點:l主要承受靜載荷主要承受靜載荷, 偶爾承受動載荷偶爾承受動載荷,l大氣大氣, 海洋環(huán)境；海洋環(huán)境；l北方地區(qū)北方地區(qū)低溫低溫,l鍋爐鍋爐高溫高溫,l焊接焊接, 冷壓力加工；冷壓力加工；性能要求性能要求:l高強度高強度, 一定塑性一定塑性, 抗過載能力抗過載能力;l耐大氣腐蝕性耐大氣腐蝕性, 耐海水腐蝕；耐海水腐蝕；l低的韌脆轉變溫度，好的韌性，低的

2、韌脆轉變溫度，好的韌性，l良好的焊接性良好的焊接性, 冷變形性能冷變形性能; 發(fā)展歷史：發(fā)展歷史：1、鉚釘連接、鉚釘連接, 追求高強度追求高強度, C%高高, 0.30.5%; 韌性韌性, TC 大氣海水腐蝕大氣海水腐蝕沒顧及；沒顧及；焊接優(yōu)點：焊接優(yōu)點：1)成形方便成形方便2)適用性強適用性強3)生產成本低生產成本低發(fā)展歷史：發(fā)展歷史：2、焊接技術要求、焊接技術要求降低降低C, 錳有所增加錳有所增加.3、脆性斷裂事故、脆性斷裂事故, 二戰(zhàn)艦船二戰(zhàn)艦船, AK, TC, KIC重要性，重要性，C%又降又降,出現耐大氣腐蝕鋼出現耐大氣腐蝕鋼.如如:0.3%C： TC=50, 0.1%C： TC=

3、504. 利用利用AlN細化晶粒細化晶粒, 提高強韌性提高強韌性,lYS=225300MPa, TC0以下以下,良好的焊接性良好的焊接性; l不涂漆耐大氣腐蝕鋼不涂漆耐大氣腐蝕鋼.5. NbC、VC、TiC細化晶粒細化晶粒, 進一步提高進一步提高YS；6. 控軋控冷技術控軋控冷技術, 既既細化晶粒細化晶粒, 又有又有析出強化析出強化.lYS=450525MPa, TC=-80.7. 微量微量Zr, 稀土元素稀土元素, Ca處理處理, 改變夾雜物形態(tài)改變夾雜物形態(tài), 減少各向異性減少各向異性 ；一一. . 碳素結構鋼的分類碳素結構鋼的分類 又稱普碳鋼又稱普碳鋼, , 易于冶煉軋制易于冶煉軋制,

4、, 價格低廉價格低廉, , 應用極為廣泛應用極為廣泛. . 要求要求: : 足夠強度足夠強度, , 良好塑性韌性良好塑性韌性, , 易于成型、焊接易于成型、焊接. . C % 0.2 C % 0.2以下以下, , 熱軋供貨熱軋供貨, , 一般不進行熱處理一般不進行熱處理. . 2.1 碳素結構鋼碳素結構鋼低合金高強度鋼低合金高強度鋼碳素結構鋼碳素結構鋼工程構件用鋼工程構件用鋼國標國標GB700/T-2006, 分為四個級別；表分為四個級別；表2-1、表、表2-2. 分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼分為沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼國標國標GB700-88, 分為五個級別。分為五個

5、級別。牌號牌號統一數統一數字字代號代號等級等級化化 學學 成成 分分(質量分數質量分數) /%，不大于，不大于C(碳碳)Si(硅硅)Mn(錳錳)P(磷磷)S(硫硫)脫氧脫氧方法方法Q195U11952-0.120.300.500.0350.040F、ZQ215U12152U12155AB0.150.351.200.0450.0500.045F、ZQ235U12352U12355U12358U12359ABCD0.220.200.170.170.351.400.0450.0450.0400.0350.0500.0450.0400.035F、ZF、ZZTZQ275U12752U12755U1275

6、8U12759ABCD0.240.210.200.200.351.500.0450.0450.0400.0350.0500.0450.0400.035F、ZZZTZ表表2.1 碳素結構鋼的化學成分碳素結構鋼的化學成分新標準新標準注意注意: YS、TS、TEL、MPa截面尺寸截面尺寸? 保證值保證值? 牌號牌號等等級級屈服強度屈服強度 /MPa，不小于，不小于抗拉抗拉強度強度/MPa斷后伸長率斷后伸長率 /%，不小于，不小于沖擊試驗沖擊試驗鋼材厚度鋼材厚度(或直徑或直徑) /mm鋼材厚度鋼材厚度(或直徑或直徑) /mm溫度溫度/V型沖型沖擊功擊功(縱向縱向)J不小不小于于161640406060

7、10010015015020040406060100100150150200Q19519518531543033Q215AB21520519518517516533545031302927262027Q235ABCD235225215215195185370500262524222120020-27Q275ABCD275265255245225215410540222120181720020-27表表2.2 碳素結構鋼的力學性能碳素結構鋼的力學性能新標準新標準碳素鋼熱處理可顯著提高強度碳素鋼熱處理可顯著提高強度, 塑性降低不多塑性降低不多, TC降低降低, 時效（？）時效（？）傾向減小傾向減小

8、.機理機理:1. A化，水冷，細化組織化，水冷，細化組織; 圖圖2-1 2. 快冷增加快冷增加P偽偽，得到部分，得到部分B甚至甚至M; 3. 加熱加熱, 快冷快冷, 凈化晶界；凈化晶界；熱處理狀態(tài)YSMPaTSMPaT-EL斷面收縮%akJ/cm2HB熱軋3095643056172162控冷5327452461153224Q275鋼控冷前后的力學性能鋼控冷前后的力學性能含碳較低的鋼：含碳較低的鋼：如如0.1%C的的Q235鋼筋，熱軋后穿水冷。鋼筋，熱軋后穿水冷。心部：較細心部：較細 F + 彌散度較大彌散度較大 P表面：表面：M (自回火自回火) 含碳較高的鋼：含碳較高的鋼：如如0.34%C的

9、的Q275鋼控冷熱處理強化。鋼控冷熱處理強化。870C加熱加熱A化，水冷至一定溫度后，再空冷至室溫?；?，水冷至一定溫度后，再空冷至室溫。P量量 ：由熱軋態(tài)：由熱軋態(tài) 50% 80%二二. 低碳鋼的時效低碳鋼的時效時效時效鋼的性能隨時間發(fā)生變化鋼的性能隨時間發(fā)生變化, 低碳鋼存在時效現象，低碳鋼存在時效現象，淬火時效淬火時效又稱又稱熱時效熱時效, 鋼在鋼在A1附近加熱附近加熱, 快冷快冷, 室溫附近室溫附近, 性能隨時間發(fā)生變化性能隨時間發(fā)生變化.如如: 焊接鋼板焊接鋼板, 三月后三月后, 焊縫焊縫AK = 91J/cm2 33J/cm2 . 低溫下使用時低溫下使用時, 影響更顯著影響更顯著.

10、淬火時效淬火時效應變時效應變時效原因原因：C C、N N過飽過飽, , 放置中放置中C C、N N向晶界、晶內缺陷擴散向晶界、晶內缺陷擴散, , 聚集聚集, , 阻礙位錯運動阻礙位錯運動, , YS YS、HBHB增大增大, , 塑性塑性, ,韌性降低韌性降低. . 與低溫回火相似與低溫回火相似, , 隨時效溫度提高隨時效溫度提高, , 先形成亞穩(wěn)先形成亞穩(wěn)C C化物和化物和N N化物化物, , 后形成穩(wěn)定后形成穩(wěn)定Fe3CFe3C、Fe4N Fe4N HB HB顯著下降顯著下降, , 如如圖圖2.22.2所示所示過時效；過時效；AlAl、TiTi、NbNNbN結合結合 AlNAlN、M(C,

11、 N)M(C, N)，可消除，可消除N N影響影響. . 應變時效應變時效冷塑性變形后冷塑性變形后, 性能隨時間變化性能隨時間變化.例如例如: 鍋爐鋼板鍋爐鋼板, 冷塑性變形冷塑性變形, AK120J/cm2 , 10天后，降到天后，降到35J/cm2 . 圖圖2-3原因原因冷塑變使冷塑變使C、N在在-Fe溶解度溶解度,位錯密度位錯密度 C、N擴散聚集擴散聚集位錯氣團位錯氣團, HB增加；增加；N影響比影響比C大大, 室溫下室溫下N溶解度高溶解度高, 其其RN=0.071nm比比C小小(0.077nm), 擴散速度快擴散速度快,低碳鋼屈服現象：？低碳鋼屈服現象：？ 屈服平臺屈服平臺 鋸齒屈服鋸

12、齒屈服現象現象, 滑移帶滑移帶, 即呂德斯帶即呂德斯帶, 破壞表面質量破壞表面質量. l沖壓冷軋板，冷軋后再結晶退火沖壓冷軋板，冷軋后再結晶退火, 消除加工硬化消除加工硬化, 再經小變形量精軋可消除再經小變形量精軋可消除屈服平臺屈服平臺和和 鋸齒屈服鋸齒屈服現象現象, 無屈服點無屈服點, 適合深沖成型適合深沖成型.l發(fā)生應變時效時發(fā)生應變時效時, 鋸齒屈服平臺又重現鋸齒屈服平臺又重現, 沖壓表面沖壓表面滑移帶滑移帶, 即呂德斯帶即呂德斯帶, 破壞表面質量破壞表面質量. l所以需及時沖壓所以需及時沖壓, 不超過不超過1周周.l開發(fā)了開發(fā)了無時效傾向鋼無時效傾向鋼, 如如08Al、06Ti、08V

13、等等, 汽車業(yè)應用汽車業(yè)應用. 2.2 低合金高強度鋼低合金高強度鋼 High Strength Low Alloy Steel, 簡稱簡稱HSLA鋼鋼.l其冶煉和軋制簡單，與碳素結構鋼相近。其冶煉和軋制簡單，與碳素結構鋼相近。lYS比碳鋼高比碳鋼高50%100%，l減輕鋼結構重量，節(jié)省鋼材。減輕鋼結構重量，節(jié)省鋼材。l合金元素少，價格便宜，工農業(yè)中廣泛應用。合金元素少，價格便宜，工農業(yè)中廣泛應用。一一. 對對HSLA鋼的性能要求鋼的性能要求 按按YS每增加每增加50MPa為一個級別為一個級別,300、350、400、450、500、550650MPa 顯微組織顯微組織:(1) FP, 大部分

14、屬此類大部分屬此類, YS300450MPa.(2) FMA, 要求強度和成型性能要求強度和成型性能,l YS較低較低 350MPa.(3) 低碳低碳B, YS500650MPa.(4) 針狀針狀F組織組織, 屬低碳屬低碳B類類.(5) 淬火回火組織淬火回火組織, YS650800MPa. 屈強比屈強比s /b： 屈強比越高屈強比越高, 越能發(fā)揮鋼的潛力越能發(fā)揮鋼的潛力, 但不能過高但不能過高, 會降低安全可靠性會降低安全可靠性, 合適的合適的0.650.75疲勞強度：疲勞強度： 一般不低于一般不低于250MPa;韌脆轉變溫度：韌脆轉變溫度：TC30左右左右;延伸率：延伸率：不小于不小于21%

15、縱向沖擊韌性縱向沖擊韌性大于大于80J/cm2 ,橫向橫向大于大于60J/cm2.良好良好工藝性能工藝性能：焊接性、冷成型性：焊接性、冷成型性;良好良好耐大氣腐蝕耐大氣腐蝕性性;貴重合金元素少貴重合金元素少低成本低成本. 二二.合金元素的作用和影響合金元素的作用和影響1.對力學性能的影響對力學性能的影響強化機制強化機制: (1) F固溶強化固溶強化; (2) P增加增加; (3) 晶粒細化晶粒細化; (4) 碳氮化物析出強化碳氮化物析出強化; (5) 位錯強化位錯強化(也即熱處理強化也即熱處理強化).圖圖2-4P強化顯著強化顯著, 有冷脆有冷脆,一般不超過一般不超過0.15%Si、Mn強化顯著

16、強化顯著,價格便宜價格便宜,常用。常用。Ni,Mo,W,Cr,Cu,Co資源資源, 價格問題價格問題,一般不用；一般不用；要考慮脆性轉變要考慮脆性轉變溫度的影響溫度的影響, 圖圖2-5lMn降低降低TC 能細化晶粒能細化晶粒, 不超過不超過1.8%；lSi升高升高TC, 含量要適當含量要適當, 1.10%以下以下lC降低韌性降低韌性, 0.1%時時, TC50左右左右.lHSLA鋼的基本成分應是：鋼的基本成分應是： 低碳、稍高的錳、適量的硅低碳、稍高的錳、適量的硅. . 圖圖2-6Nb,Ti,V對晶粒度影響對晶粒度影響lAl既細化晶粒既細化晶粒, 又去除又去除N (形成形成AlN). 圖圖2.

17、7 Nb,Ti,V推遲再結晶推遲再結晶 另外，另外，Al，Nb，Ti，V形成的細小的碳、氮化形成的細小的碳、氮化物起彌散強化作用。物起彌散強化作用。低碳貝氏體組織鋼低碳貝氏體組織鋼0.5%Mo-貝氏體貝氏體鋼鋼l含含0.3%Mo以上，推遲以上，推遲P轉變。轉變。l微量微量B阻止多邊形阻止多邊形F析出，空冷時得析出，空冷時得貝氏體貝氏體組織組織.例如：例如：0.15%C0.5%Mo0.0055%B正火得正火得貝氏貝氏體組織，體組織， YS472MPa, TS630MPa 再加再加1.5%Mn,Cr, 空冷后空冷后 YS910MPa, TS1170MPa低碳低合金鋼淬火回火低碳低合金鋼淬火回火=回

18、火回火S, 可提高強度?？商岣邚姸?。l難點難點:薄材淬火變形；厚板淬透性不足；薄材淬火變形；厚板淬透性不足；2.對焊接性的影響對焊接性的影響焊接性焊接性:系指系指l 焊接時對缺陷的敏感性焊接時對缺陷的敏感性 不產生裂紋及各種缺陷不產生裂紋及各種缺陷; l 焊接接頭可靠性焊縫有足夠的強度和韌性焊接接頭可靠性焊縫有足夠的強度和韌性.焊接冶金特點焊接冶金特點焊接熔池微型冶金爐焊接熔池微型冶金爐n 冶金溫度高：冶金溫度高：碳鋼、低合金鋼碳鋼、低合金鋼 其熔滴平均溫度其熔滴平均溫度2300 ， 熔池溫度熔池溫度1600 以上，以上， 高于一般的冶金溫度。高于一般的冶金溫度。 合金元素容易燒損、蒸發(fā)合金元

19、素容易燒損、蒸發(fā)n冶金過程短冶金過程短：焊接時，：焊接時，焊接熔池體積小焊接熔池體積小(一般一般23cm3)， 冷卻速度快冷卻速度快(熔池周圍是冷金屬熔池周圍是冷金屬)， 液態(tài)停留時間短液態(tài)停留時間短(熔池形成熔池形成凝固約凝固約10s), 各種反應無法達到平衡狀態(tài)，各種反應無法達到平衡狀態(tài)， 焊縫中化學成分不均勻。焊縫中化學成分不均勻。l冶金條件差冶金條件差。l圖圖2-8、圖、圖2-9、見表見表2.4焊縫、熱影響區(qū)焊縫、熱影響區(qū)受加熱、熔化、結晶、冷卻、固態(tài)相變；受加熱、熔化、結晶、冷卻、固態(tài)相變； 應力、應變影響；應力、應變影響；以前以前, 焊接鋼材低碳鋼焊接鋼材低碳鋼, 焊縫質量是關鍵焊

20、縫質量是關鍵, 焊縫不出現問題焊縫不出現問題, 熱影響區(qū)不會有問題熱影響區(qū)不會有問題.現在現在低合金高強度鋼低合金高強度鋼, 熱影響區(qū)對焊接質量熱影響區(qū)對焊接質量 有影響，且比焊縫更復雜有影響，且比焊縫更復雜. 熱影響區(qū)熱影響區(qū)(Heat Affected Zone) 溫度溫度A3以上以上, 焊后冷卻易形成焊后冷卻易形成M. C越高越高, 提高淬透性提高淬透性Me越多，越多， 硬化與脆化越顯著，易產生裂紋硬化與脆化越顯著，易產生裂紋. 碳當量：碳當量：國際焊接協會國際焊接協會, 用來評定焊接性；用來評定焊接性； 碳當量碳當量=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 碳當量越

21、低碳當量越低, 焊接性能越好焊接性能越好.l0.35%以下以下, 焊接性能最好焊接性能最好;l0.40.5%, 焊接困難焊接困難, 焊前預熱焊前預熱100200, 焊后熱處理焊后熱處理; l0.6%時時, 必須預熱必須預熱, 焊接中保溫焊接中保溫200400, 焊后立即正火焊后立即正火. 對含碳量低的低合金鋼（對含碳量低的低合金鋼（0.070,22%C），），推薦用推薦用“ “焊接裂紋敏感組成公式焊接裂紋敏感組成公式” ”:P32lPcm在在0.2以下以下, 由氫誘發(fā)裂紋可降低到最小值由氫誘發(fā)裂紋可降低到最小值. 3.對耐大氣腐蝕性的影響對耐大氣腐蝕性的影響大氣腐蝕大氣腐蝕由大氣中氧和水化學或

22、電化學作用由大氣中氧和水化學或電化學作用 而引起腐蝕而引起腐蝕. 約占金屬腐蝕損耗的約占金屬腐蝕損耗的50.空氣中的水汽在鋼表面凝結成水空氣中的水汽在鋼表面凝結成水, 或在鋼表面的縫隙、氧化物、腐蝕產物、或在鋼表面的縫隙、氧化物、腐蝕產物、 灰塵處結露，毛細管凝聚作用灰塵處結露，毛細管凝聚作用, 大氣中大氣中CO2, SO2, NO2, 鹽類鹽類 溶入鋼表面水膜中溶入鋼表面水膜中, 形成電解液形成電解液, 發(fā)生電化學腐蝕發(fā)生電化學腐蝕. 濕度越大濕度越大,灰塵含量越多灰塵含量越多, 腐蝕加速腐蝕加速. 工業(yè)區(qū)大氣工業(yè)區(qū)大氣有碳、碳化合物、硫酸、硫酸氨、有碳、碳化合物、硫酸、硫酸氨、 鹽類的微粒

23、鹽類的微粒, 沿海地區(qū)大氣沿海地區(qū)大氣有有NaCl微粒微粒, 使腐蝕更加嚴重使腐蝕更加嚴重.l全世界每年因腐蝕而報廢的鋼鐵，全世界每年因腐蝕而報廢的鋼鐵， 相當于全球鋼鐵產量的相當于全球鋼鐵產量的1/10l發(fā)達國家統計，每年因金屬腐蝕造成的發(fā)達國家統計，每年因金屬腐蝕造成的 跑、冒、滴、漏、停產、環(huán)境污染等的跑、冒、滴、漏、停產、環(huán)境污染等的 經濟損失，約占國民總產值的經濟損失，約占國民總產值的24。l我國對鋼結構的防腐用油漆，壽命我國對鋼結構的防腐用油漆，壽命 一般為一般為23年，短的年，短的1年，須頻繁維修。年，須頻繁維修。l某油庫，因某油庫，因管道腐蝕穿孔管道腐蝕穿孔， 幾百噸精制油全部

24、流入地下，造成環(huán)境污染。幾百噸精制油全部流入地下，造成環(huán)境污染。l長江長江葛洲壩船閘葛洲壩船閘鋼結構，用油漆防腐，鋼結構，用油漆防腐， 23年大修一次，每次停航年大修一次，每次停航60天。天。l一一沿海的石化工廠沿海的石化工廠， 受海洋大氣和石化氣體的腐蝕，受海洋大氣和石化氣體的腐蝕， 每年消耗油漆每年消耗油漆500t，維修費，維修費8千萬元。千萬元。加少量加少量Cu、P、Cr、Ni、Mo、Al, 可提高耐大氣腐蝕性可提高耐大氣腐蝕性, 其中其中Cu、P最有效最有效. 圖圖2-11Cu從從0.025%始始,至至0.25%為止，為止，再高效果不大；再高效果不大；機理機理有二有二一是一是Cu促進陽

25、極鈍化論促進陽極鈍化論,二是二是Cu富集表面說富集表面說.lCu產生沉淀強化產生沉淀強化lP有耐大氣腐蝕性有耐大氣腐蝕性, 一定的耐海水腐蝕性能一定的耐海水腐蝕性能, 還有固溶強化還有固溶強化, 一般一般0.060.15%P, 為減輕為減輕P冷脆性和時效傾向冷脆性和時效傾向,用用Al脫氧細化晶粒脫氧細化晶粒. lCr, Ni可提高耐大氣腐蝕性可提高耐大氣腐蝕性. 同時加入幾種元素特別有效同時加入幾種元素特別有效, 如如Cu-Cr或或Cr-Ni-Cu，lP-Cu耐大氣腐蝕的效果最佳耐大氣腐蝕的效果最佳. 海水中海水中, Me對耐海水腐蝕性作用較小對耐海水腐蝕性作用較小,l如含如含Cu鋼與碳鋼比鋼

26、與碳鋼比, 并沒有顯著優(yōu)點并沒有顯著優(yōu)點, 由于氯離子破壞了金屬的鈍化由于氯離子破壞了金屬的鈍化.l研究表明研究表明Cr-Al或或Cr-Mo-Cu系的系的 耐海水腐蝕性耐海水腐蝕性較好較好; 鋼腐蝕速度受陰極過程的控制鋼腐蝕速度受陰極過程的控制, 海水腐蝕的環(huán)境因素十分復雜海水腐蝕的環(huán)境因素十分復雜.l海水鹽度直接影響海水鹽度直接影響電導率電導率,決定腐蝕速度決定腐蝕速度l海水：天然電解質海水：天然電解質, 氯化物氯化物88.7%, 硫酸鹽硫酸鹽10.8%, 一般鹽度一般鹽度(1000克海水溶解固體物質的總克數克海水溶解固體物質的總克數) 為為3.23.75%.l再加再加氯離子氯離子破壞金屬鈍

27、化，海水中破壞金屬鈍化，海水中生物、泥砂、生物、泥砂、 氣體、腐敗的有機物氣體、腐敗的有機物等等, 使鋼嚴重的腐蝕使鋼嚴重的腐蝕.l采用合金化途徑來改善耐海水腐蝕性較困難采用合金化途徑來改善耐海水腐蝕性較困難, ,另一方面通過氧化膜的致密化另一方面通過氧化膜的致密化, 使油漆附著力加強使油漆附著力加強, 間接提高耐海水腐蝕性能間接提高耐海水腐蝕性能. 兩者結合兩者結合, 耐蝕效果顯著耐蝕效果顯著. 低合金高強度鋼中合金元素的作用低合金高強度鋼中合金元素的作用l力學性能力學性能l焊接性能焊接性能l耐腐蝕性能耐腐蝕性能低合金高強度鋼的合金元素的作用：低合金高強度鋼的合金元素的作用：P33-2P33

28、-2三三. 低合金高強度鋼的冶金問題低合金高強度鋼的冶金問題1. 冶煉工藝冶煉工藝冶煉工藝和最終脫氧對鋼的性能影響很大冶煉工藝和最終脫氧對鋼的性能影響很大,lN是應變時效的主要原因是應變時效的主要原因. 用鋁固定氮用鋁固定氮,形成形成AlN. 氧氣吹煉技術氧氣吹煉技術,使使N0.0010.002%,l爐外精煉技術爐外精煉技術, 脫氣、脫硫脫氣、脫硫, 降低氣體含量和硫含量降低氣體含量和硫含量, l例如中間罐冶金、真空處理、例如中間罐冶金、真空處理、 鋼包吹氬、噴射冶金等鋼包吹氬、噴射冶金等. 2. 控制軋制與控制冷控制軋制與控制冷卻卻熱軋熱軋 再結晶溫度以上軋再結晶溫度以上軋制制;控制軋制控制

29、軋制 工藝兩種：工藝兩種：傳統的控制軋制傳統的控制軋制再結晶控制軋制再結晶控制軋制傳統的傳統的控制軋制控制軋制 三個階段三個階段, 圖圖2-12(1)高溫再結晶高溫再結晶溫度下的變形溫度下的變形,l使粗大使粗大A晶粒，晶粒，多次變形和再結晶多次變形和再結晶細化晶粒細化晶粒. 但由但由A轉變而來轉變而來F 其晶粒還較粗大其晶粒還較粗大.(2)低溫無再結晶區(qū)低溫無再結晶區(qū)的變形的變形, 在在Ar3 以以上溫度變形上溫度變形,l在伸長而在伸長而未再結未再結晶晶A晶內，形成晶內，形成變變形帶形帶, F在變形帶和在變形帶和奧氏體晶界上形核奧氏體晶界上形核,形成晶粒細小的形成晶粒細小的F組織組織.(3)

30、A-F兩相區(qū)變形兩相區(qū)變形,此時此時F也發(fā)生變形也發(fā)生變形,產生位錯亞結構產生位錯亞結構. 在隨后冷卻中在隨后冷卻中,未再結晶的未再結晶的A轉變轉變?yōu)榈容S的為等軸的F晶粒晶粒,F中的亞結構得以中的亞結構得以保留保留. 熱軋與傳統控軋的差別熱軋與傳統控軋的差別:l熱軋熱軋F在在A晶界形核晶界形核; l控制軋制控制軋制F形核還發(fā)生在形核還發(fā)生在 奧氏體晶內奧氏體晶內(的變形帶的變形帶). F在變形帶和在在變形帶和在A晶界上形核是等效的晶界上形核是等效的. 傳統控制軋制工藝傳統控制軋制工藝：l常用規(guī)范常用規(guī)范: 粗軋粗軋-待溫待溫-終軋終軋工藝工藝, 在高溫快速再結在高溫快速再結晶區(qū)內軋制幾道后晶區(qū)

31、內軋制幾道后, 等待溫度下降到無再結晶區(qū)的等待溫度下降到無再結晶區(qū)的范圍內范圍內,再進行終軋再進行終軋. l缺點：缺點：終軋溫度較低，鋼的強度因溫度降低而升高，終軋溫度較低，鋼的強度因溫度降低而升高，軋制時變形抗力大，必須有高功率的強力軋機才能軋制時變形抗力大，必須有高功率的強力軋機才能實現。實現。鋼含鋼含Ti：0.010.02%，凝固冷卻時從奧氏體中析出非常，凝固冷卻時從奧氏體中析出非常彌散的彌散的TiN，抑制高溫變形后，抑制高溫變形后A晶粒的長大；晶粒的長大；反復多道次變形和再結晶后，反復多道次變形和再結晶后，A晶粒得到細化；晶粒得到細化；在終軋溫度高于在終軋溫度高于950C的情況下，無的

32、情況下，無V(C,N)的析出。的析出。 而而V(C,N)在低溫下析出，產生沉淀強化。在低溫下析出，產生沉淀強化。V-Ti-N鋼就是為鋼就是為再結晶控軋再結晶控軋工藝而研制的一種鋼?？晒に嚩兄频囊环N鋼?？傻脴O細小得極細小F+P；細?。患毿iN阻礙焊接時熱影響區(qū)晶粒的阻礙焊接時熱影響區(qū)晶粒的長大，極大改善熱影響區(qū)韌性。長大，極大改善熱影響區(qū)韌性。適合低功率軋機。適合低功率軋機。再結晶控軋工藝：再結晶控軋工藝： 是以是以TiN為奧氏體晶粒粗化的障礙物，以為奧氏體晶粒粗化的障礙物，以V(C,N)為沉為沉淀強化相。淀強化相。表表2-52-5合金化的基本特點合金化的基本特點: :l以以MnMn為主為主

33、, , 基本上不加基本上不加CrCr、Ni;Ni;l微合金元素：微合金元素：V V、TiTi、MoMo、NbNb、B;B;l加入少量加入少量P P提高耐大氣腐蝕性提高耐大氣腐蝕性; ;l加入微量稀土元素加入微量稀土元素, , 脫硫脫硫, , 去氣去氣, , 消除有害雜質消除有害雜質, , 改善夾雜物形態(tài)與分改善夾雜物形態(tài)與分布布. . 四四. 我國的低合金高強度鋼我國的低合金高強度鋼低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼l普通結構鋼普通結構鋼 Q195Q195、215215、235235、275275l新標準新標準 GB/T1591GB/T159119199494： Q295Q295、Q345Q

34、345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460(1)Q295(1)Q295鋼鋼12Mn12Mn典型鋼種典型鋼種. . l綜合力學性能好綜合力學性能好, , 生產工藝簡單生產工藝簡單. .l可用于船舶、容器、油罐和其它金屬結構可用于船舶、容器、油罐和其它金屬結構. .l450450以下以下, YS, YS200200210MPa, 210MPa, 多用于制造中多用于制造中低壓鍋爐低壓鍋爐. .09MnNb09MnNbl由由09Mn209Mn2而來而來, , 少量少量Nb(0.01Nb(0.010.05%)0.05%)l代替部分代替部分Mn, Mn, 細化晶粒細化晶粒, NbC, N

35、bC還有析出強化還有析出強化l多用于橋梁、車輛和船舶多用于橋梁、車輛和船舶. . (2)Q345Q345鋼鋼16Mn典型鋼種典型鋼種Q345鋼鋼l有良好綜合力學性能和焊接性有良好綜合力學性能和焊接性.lYS比比Q235高高50%,節(jié)約鋼材節(jié)約鋼材2030%.l多用船舶、車輛、大型容器、大型鋼結構等多用船舶、車輛、大型容器、大型鋼結構等.12MnPREl加少量加少量P(0.070.12%), 提高耐大氣腐蝕性提高耐大氣腐蝕性,l并有固溶強化作用并有固溶強化作用.lRE可去除有害雜質可去除有害雜質,改善夾雜物的形態(tài)和分布改善夾雜物的形態(tài)和分布,降降低冷脆性低冷脆性. l用于化工容器和建筑結構用于化

36、工容器和建筑結構. (3)Q390(3)Q39016MnNb16MnNbl與與16Mn16Mn比比, ,降低降低MnMn, Nb, Nb強化作用強化作用, ,lYSYS比比16Mn16Mn鋼高一個級別鋼高一個級別. . l綜合力學性能和焊接性均較好綜合力學性能和焊接性均較好, , 多用于大型結構和起重機械多用于大型結構和起重機械. .10MnPNbRE10MnPNbRElNbNb和和P P的強化作用的強化作用, C, C可低一些可低一些. .lP P提高耐大氣腐蝕性提高耐大氣腐蝕性, ,lRERE有凈化鋼材的作用有凈化鋼材的作用, , 多用于造船、港口建筑結構、石油井架等。多用于造船、港口建筑

37、結構、石油井架等。(4) Q420(4) Q420鋼鋼14MnVTiRE14MnVTiREl加入加入V V、TiTi使強度進一步提高使強度進一步提高. .l正火后使用正火后使用, TS, TS550550685MPa, T685MPa, TEL20%,EL20%,lA AK K34J34J（4040）l綜合力學性能和焊接性良好，大型船舶和水面綜合力學性能和焊接性良好，大型船舶和水面艦艇艦艇. .15MnVN15MnVN lV V、N N細化晶粒細化晶粒, , 析出強化析出強化, ,l常用于大型橋梁、鍋爐、車輛等常用于大型橋梁、鍋爐、車輛等. . 50年代造武漢長江大橋年代造武漢長江大橋 用普通

38、鋼用普通鋼Q235，跨度，跨度128m；60年代南京長江大橋年代南京長江大橋 16Mn鋼鋼Q345(節(jié)約鋼材節(jié)約鋼材15%) 跨度跨度160m90年代九江大橋年代九江大橋 15MnVN (Q420)(節(jié)約鋼材節(jié)約鋼材20%) 跨度跨度216m(5)Q460(5)Q460鋼鋼14MnMoVBRE14MnMoVBREl加加MoMo、B, CB, C曲線上部曲線上部P P轉變曲線右移轉變曲線右移, , C C曲線下部曲線下部B B轉變曲線不動轉變曲線不動. . l正火大量正火大量B, B, 強度高強度高. .lR RE E凈化鋼材凈化鋼材, ,且表面氧化膜致密且表面氧化膜致密, , 有一定耐熱性有一

39、定耐熱性, , 500 500以下使用以下使用. .l多用于石油、化工的中溫高壓容器多用于石油、化工的中溫高壓容器. .18MnMoNb18MnMoNb經正火經正火+ +高溫回火或調質高溫回火或調質, ,l高強度高強度, , 綜合力學性能和焊接性好綜合力學性能和焊接性好, ,l使用溫度使用溫度500500以下；以下； 14CrMnMoVB14CrMnMoVB s = 650MPas = 650MPal加加0.90.91.3%Cr, 1.3%Cr, 正火低碳正火低碳B Bl強、韌、焊均能滿足要求。強、韌、焊均能滿足要求。l多用于高溫中壓容器，使用溫度在多用于高溫中壓容器，使用溫度在4004005

40、60560之間。之間。應用實例應用實例l船體鋼板船體鋼板：l用屈服強度用屈服強度400MPa高強鋼板代替普通船板，高強鋼板代替普通船板， 重量可減少重量可減少25%， 船板用鋼已使用船板用鋼已使用360MPa、400MPa級鋼板，級鋼板， 一些特殊船舶使用一些特殊船舶使用590780MPa級鋼板，級鋼板，l海洋石油平臺海洋石油平臺l工作環(huán)境惡劣，無法躲避風浪，工作環(huán)境惡劣，無法躲避風浪， 服役時間長達服役時間長達1520年，年， 采用采用80150mm厚，厚， 屈服強度屈服強度360、400、690MPa鋼板，鋼板，l橋梁用鋼橋梁用鋼：lQ345q、Q390q、Q420q，l南京大勝關長江大橋，用南京大勝關長江大橋，用Q420q高強度高強度鋼。鋼。南京大勝關長江大橋，用南京大勝關長江大橋，用Q420q高強度鋼，高強度鋼，主跨主跨2336M連拱，跨度堪稱連拱，跨度堪稱“世界之最世界之最”。五五. 具有特殊用途和特定組織的低合金高強具有特殊用途和特定組織的低合金高強度鋼度鋼 除強、韌外，還對焊接、深沖、耐候