工程構(gòu)件用鋼實(shí)用教案

1、2022-5-161概概 述述 構(gòu)件用鋼指用于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件用鋼指用于制造各種大型金屬結(jié)構(gòu)( (如橋梁、船舶如橋梁、船舶(chunb)(chunb)、屋架、鍋、屋架、鍋爐及壓力容器等爐及壓力容器等) )的鋼材，又稱(chēng)為工程用鋼。的鋼材，又稱(chēng)為工程用鋼。建筑構(gòu)件鋼橋梁第1頁(yè)/共70頁(yè)第一頁(yè)，共71頁(yè)。大橋大橋(d qio)船舶船舶(chunb)屋架屋架(wji)壓力容器壓力容器第2頁(yè)/共70頁(yè)第二頁(yè)，共71頁(yè)。尼米茲核動(dòng)力航母001 鋼制橋梁(qioling)壓力容器第3頁(yè)/共70頁(yè)第三頁(yè)，共71頁(yè)。 工程結(jié)構(gòu)鋼包括碳素鋼和低合金高強(qiáng)度工程結(jié)構(gòu)鋼包括碳素鋼和低合金高強(qiáng)度(qingd)(q

2、ingd)鋼。鋼。 低合金高強(qiáng)度低合金高強(qiáng)度(qingd)(qingd)鋼是指在碳含量低于鋼是指在碳含量低于0.25%0.25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加一種或多種少量合金元素（低于通過(guò)添加一種或多種少量合金元素（低于3%3%），使），使鋼的強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度(qingd)(qingd)明顯高于碳素鋼的一類(lèi)工程結(jié)明顯高于碳素鋼的一類(lèi)工程結(jié)構(gòu)用鋼，統(tǒng)稱(chēng)低合金高強(qiáng)度構(gòu)用鋼，統(tǒng)稱(chēng)低合金高強(qiáng)度(qingd)(qingd)鋼。鋼。 第4頁(yè)/共70頁(yè)第四頁(yè)，共71頁(yè)。一工程構(gòu)件用鋼工作(gngzu)條件特點(diǎn)1 長(zhǎng)時(shí)間承受靜載荷；2 有一定溫度要求，如

3、鍋爐構(gòu)件，寒冷地區(qū)構(gòu)件等；3 長(zhǎng)時(shí)間在大氣環(huán)境中服役，有的還與海水或淡水接觸；4 構(gòu)件加工往往需要(xyo)冷變形和焊接。第5頁(yè)/共70頁(yè)第五頁(yè)，共71頁(yè)。二、工程(gngchng)構(gòu)件用鋼性能要求1 一定的綜合(zngh)力學(xué)性能；2 耐大氣腐蝕和海水腐蝕性能好，有的還需好的耐高溫 腐蝕性能；3良好的工藝性能，即冷變形及焊接性能好。第6頁(yè)/共70頁(yè)第六頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-167l 構(gòu)件用鋼以工藝性能為主，力學(xué)性能為輔。l 成分: :低碳( (0.2%) 0.2%) l 基體組織：大量的鐵素體和少量的珠光體。l 性能特點(diǎn)：屈服、冷脆及時(shí)效(shxio)(shxio)等現(xiàn)象。l 使用狀態(tài)

4、：熱軋空冷( (正火) )，有時(shí)也在回火狀態(tài)下使用。 第7頁(yè)/共70頁(yè)第七頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1682.1 構(gòu)件(gujin)用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn) 力學(xué)性能三大(sn d)(sn d)特點(diǎn)： 屈服現(xiàn)象 冷脆現(xiàn)象 時(shí)效現(xiàn)象 第8頁(yè)/共70頁(yè)第八頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-169一、構(gòu)件用鋼的屈服(qf)(qf)現(xiàn)象 屈 服 現(xiàn) 象 是 低 碳 鋼 所 具 有 的 力 學(xué) 行 為 特 點(diǎn) 之 一 ， 主 要 表 現(xiàn) 在 兩 方 面(fngmin)(fngmin)：(1)(1)拉伸曲線(xiàn)上出現(xiàn)屈服齒與屈服平臺(tái)。 (2)(2)在屈服過(guò)程中試件的塑性變形分布是宏 觀(guān)不均勻的。 第9頁(yè)/共70頁(yè)第九頁(yè)

5、，共71頁(yè)。彈性彈性(tnxng)階段階段彈性彈性(tnxng)極限極限p屈服屈服(qf)階段階段屈服點(diǎn)屈服點(diǎn) s強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 b頸縮階段頸縮階段第10頁(yè)/共70頁(yè)第十頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1611屈服現(xiàn)象的危害(wihi)(wihi)及消除 表現(xiàn)形式：屈服變形集中在局部地區(qū)少數(shù)滑移帶上，引起滑移臺(tái)階高度增大，使試樣表面有明顯滑移線(xiàn)，表面出現(xiàn)皺折。屈服現(xiàn)象有時(shí)(yush)(yush)會(huì)影響構(gòu)件( (如汽車(chē)蒙皮) )的表面質(zhì)量。 一些冷軋鋼板在沖壓前表面質(zhì)量很好，但沖壓后卻在某些部分形成皺折，這是一種水波紋狀的表面缺陷，稱(chēng)為滑移線(xiàn)。 第11頁(yè)/共70頁(yè)第十一頁(yè)，共71頁(yè)

6、。2022-5-1612滑移線(xiàn)的出現(xiàn)破壞了構(gòu)件的外觀(guān)，甚至在涂漆以后仍然可以看出，故必須消除。 消除的辦法是對(duì)于一些沖壓用的鋼板退火后，進(jìn)行變形量約為0.80.81.51.5的冷軋，即平整加工。其目的是使鋼板的屈服在冷軋過(guò)程中完成，使鋼板處于(chy)(chy)正常的加工硬化狀態(tài)，從而在以后的沖壓過(guò)程中變形均勻，以免出現(xiàn)皺折。第12頁(yè)/共70頁(yè)第十二頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1613屈服現(xiàn)象(xinxing)(xinxing)的產(chǎn)生原因 ：一般認(rèn)為，鋼中C、N原子(yunz)與位錯(cuò)相互作用產(chǎn)生的“柯氏氣團(tuán)”有關(guān)。第13頁(yè)/共70頁(yè)第十三頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1614二、構(gòu)件(gujin

7、)(gujin)用鋼的冷脆現(xiàn)象 冷脆現(xiàn)象：隨著試驗(yàn)溫度的降低，構(gòu)件用鋼的屈服點(diǎn)顯著升高，且出現(xiàn)斷裂特征，由宏觀(guān)塑性破壞過(guò)渡到宏觀(guān)脆性破壞，這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷脆。 構(gòu)件生產(chǎn)及使用過(guò)程中，往往存在著尖銳(jinru)(jinru)的缺口，甚至裂縫。帶有尖銳(jinru)(jinru)缺口或裂縫的構(gòu)件，上述斷裂形式的過(guò)渡可能在一般的氣溫條件下即能產(chǎn)生，而且其斷裂應(yīng)力往往低于室溫下的屈服極限。 第14頁(yè)/共70頁(yè)第十四頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1615 評(píng)定指標(biāo)：冷脆轉(zhuǎn)變溫度，又稱(chēng)脆性轉(zhuǎn)折溫度。 是組織敏感的參數(shù)。晶體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、合金元素及晶粒大小等均有影響。變形速度、試件尺寸、應(yīng)力狀態(tài)及缺口形式等也有

8、一定的影響。實(shí)際意義： 構(gòu)件用鋼在常溫拉伸時(shí)能表現(xiàn)出很好的極限塑性，因此曾經(jīng)認(rèn)為按照(nzho)(nzho)鋼材的屈服點(diǎn)設(shè)計(jì)的各種構(gòu)件是安全的。 但在生產(chǎn)實(shí)際中，一系列低碳構(gòu)件( (船舶、橋梁、容器等) )在較低使用溫度下發(fā)生的引起嚴(yán)重后果的冷脆事故，使人們認(rèn)識(shí)到只根據(jù)常規(guī)拉伸性能數(shù)據(jù)還不能全面評(píng)價(jià)構(gòu)件用鋼的性能。第15頁(yè)/共70頁(yè)第十五頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1616 冷脆的防止： 1. 1.合金元素可使脆性轉(zhuǎn)折溫度下降。如NiNi、MnMn、A lA l 等 使 之 下 降 ， 而 C C 、 S iS i 使 之 上 升(shngshng)(shngshng) 2. 2.細(xì)化晶粒 3

9、. 3.更換基體材料 第16頁(yè)/共70頁(yè)第十六頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1617三、構(gòu)件用鋼的應(yīng)變時(shí)效(shxio)(shxio)、淬火 時(shí)效(shxio)(shxio)及藍(lán)脆 時(shí)效：構(gòu)件用鋼加熱到Ac1Ac1以上進(jìn)行淬火( (快冷) )或經(jīng)塑性變形后，在放置(fngzh)(fngzh)過(guò)程中，鋼的力學(xué)性能和物理性能將隨時(shí)間而變化。通常強(qiáng)度、硬度增高，塑性、韌性下降，并提高鋼的脆性轉(zhuǎn)折溫度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為時(shí)效。 塑性變形后的時(shí)效稱(chēng)為應(yīng)變時(shí)效； 淬火后的時(shí)效稱(chēng)為淬火時(shí)效； 在一般氣候條件下的時(shí)效稱(chēng)為自然時(shí)效； 在較高溫度下進(jìn)行的時(shí)效稱(chēng)為人工時(shí)效。第17頁(yè)/共70頁(yè)第十七頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5

10、-1618 時(shí)效的危害： 對(duì)塑性變形： 應(yīng)變時(shí)效一般(ybn)(ybn)應(yīng)視為一種不利的現(xiàn)象。在生產(chǎn)中的彎角、卷邊、沖孔、剪裁等過(guò)程中產(chǎn)生局部塑性變形的工藝操作，由于應(yīng)變時(shí)效會(huì)使局部地區(qū)的斷裂抗力降低，增加構(gòu)件脆斷的危險(xiǎn)性。應(yīng)變時(shí)效還給冷變形工藝造成困難，裁剪下的毛坯如過(guò)一段時(shí)間再進(jìn)行下道冷變形工序，往往因?yàn)椴眉暨叧霈F(xiàn)裂縫而報(bào)廢。 對(duì)焊接成型： 焊接構(gòu)件熱影響區(qū)的溫度可以達(dá)到淬火以上溫度而產(chǎn)生淬火時(shí)效。此時(shí)，鋼的顯微組織沒(méi)有明顯變化，但其力學(xué)性能也發(fā)生類(lèi)似于應(yīng)變時(shí)效的變化。第18頁(yè)/共70頁(yè)第十八頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1619藍(lán)脆現(xiàn)象藍(lán)脆現(xiàn)象(xinxing)(xinxing)n低碳鋼在

11、300400300400的溫度范圍內(nèi)卻出現(xiàn)反常的抗拉強(qiáng)度、硬度升高，而延伸率、斷面(dun min)(dun min)收縮率下降的現(xiàn)象。n鋼表面有藍(lán)色氧化膜，故稱(chēng)為藍(lán)脆。n藍(lán)脆現(xiàn)象是由于塑變時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速度與該溫度下固溶的C C、N N原子的移動(dòng)速度幾乎相等造成的，所以應(yīng)變時(shí)效與塑性變形同時(shí)發(fā)生。第19頁(yè)/共70頁(yè)第十九頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-16202.2 2.2 構(gòu)件(gujin)(gujin)用鋼的工藝性能 一、冷變形(bin xng)(bin xng)性能二、焊接性能第20頁(yè)/共70頁(yè)第二十頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1621一、構(gòu)件用鋼的冷變形(bin xng)(bin xng)性

12、能 鋼材的冷變形性能包括三個(gè)方面： 鋼材的變形抗力，它決定鋼材制成必要形狀的部件的難易程度； 鋼材在承受一定量的塑性變形時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂或其它缺陷的可能性； 鋼材在冷變形后性能的變化(binhu)，即危害性或可利用性。 第21頁(yè)/共70頁(yè)第二十一頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1622影響因素：影響因素：含碳量影響最大，含碳量增高，含碳量影響最大，含碳量增高，鋼中的珠光體量增多，塑變抗力增鋼中的珠光體量增多，塑變抗力增高，而塑性降低，變形時(shí)開(kāi)裂的傾高，而塑性降低，變形時(shí)開(kāi)裂的傾向性增大。向性增大。含硫量增高，鋼中的含硫量增高，鋼中的MnSMnS夾雜物增夾雜物增多，也使鋼材變形開(kāi)裂的傾向增大，多，也使鋼材

13、變形開(kāi)裂的傾向增大，并使軋制并使軋制(zh zh)(zh zh)鋼板縱向及橫鋼板縱向及橫向的塑性不同。鋼材易于沿著呈條向的塑性不同。鋼材易于沿著呈條狀分布的硫化物夾雜發(fā)生開(kāi)裂或分狀分布的硫化物夾雜發(fā)生開(kāi)裂或分層。層。第22頁(yè)/共70頁(yè)第二十二頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1623 磷有強(qiáng)烈的偏析傾向，含磷較高的鋼板(gngbn)(gngbn)帶狀組織比較嚴(yán)重，其性能也有明顯的方向性。 鋼材表面質(zhì)量也影響冷變形性能，表面上的裂縫、結(jié)疤、折疊、劃痕等缺陷，往往是冷變形開(kāi)裂的根源。 第23頁(yè)/共70頁(yè)第二十三頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1624二、構(gòu)件(gujin)(gujin)用鋼的焊接性能 焊接性

14、能也是很重要的工藝性能，特別是近年來(lái)，隨著(su (su zhe)zhe)斷裂力學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)焊接性能的重要性更為重視。第24頁(yè)/共70頁(yè)第二十四頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1625 焊接材料總是不均質(zhì)的： 金屬在焊接過(guò)程中，其焊縫區(qū)、半熔化區(qū)及熱影響區(qū)發(fā)生小范圍的復(fù)雜冶金過(guò)程、熔化過(guò)程及熱處理過(guò)程，使各處形成不同的組織(zzh)(zzh)； 由于熱循環(huán)及組織(zzh)(zzh)變化，產(chǎn)生一定的焊接殘余應(yīng)力； 焊接過(guò)程可能產(chǎn)生未焊透、氣泡、夾渣、裂紋等缺陷。這些復(fù)雜的變化必然會(huì)影響整個(gè)構(gòu)件的承載能力和使用壽命。第25頁(yè)/共70頁(yè)第二十五頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1626 影響焊接質(zhì)量的因素

15、：構(gòu)件的結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)及焊接工藝材料的焊接性能鋼材的化學(xué)成分焊接時(shí)形成的組織第26頁(yè)/共70頁(yè)第二十六頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1627 （1 1）馬氏體轉(zhuǎn)變(zhunbin)(zhunbin)脆性 （2 2）過(guò)熱及過(guò)燒脆性 （3 3）凝固脆性 （4 4）熱影響區(qū)的時(shí)效脆性由于(yuy)鋼材化學(xué)成分和組織的變化而導(dǎo)致焊接構(gòu)件脆斷趨勢(shì)增加的現(xiàn)象稱(chēng)為焊接脆性。第27頁(yè)/共70頁(yè)第二十七頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1628（1 1）馬氏體轉(zhuǎn)變脆性）馬氏體轉(zhuǎn)變脆性 是焊接時(shí)造成冷裂紋的主要原因之一。是焊接時(shí)造成冷裂紋的主要原因之一。 馬氏體的形成取決于鋼材的淬透性。馬氏體的形成取決于鋼

16、材的淬透性。 碳是顯著增加鋼材淬透性的元素，且還增大馬氏體的延遲斷裂傾向，因碳是顯著增加鋼材淬透性的元素，且還增大馬氏體的延遲斷裂傾向，因此在一般碳素構(gòu)件用鋼中應(yīng)將含碳量控制此在一般碳素構(gòu)件用鋼中應(yīng)將含碳量控制(kngzh)(kngzh)在在0.250.25以下，在普以下，在普通低合金構(gòu)件用鋼中一般不超過(guò)通低合金構(gòu)件用鋼中一般不超過(guò)0.20.2。 很多合金元素都會(huì)增加鋼的淬透性，對(duì)焊接性能不利，故對(duì)其含量也應(yīng)很多合金元素都會(huì)增加鋼的淬透性，對(duì)焊接性能不利，故對(duì)其含量也應(yīng)加以控制加以控制(kngzh)(kngzh)。第28頁(yè)/共70頁(yè)第二十八頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1629 碳及合金元素還會(huì)

17、降低鋼的MsMs點(diǎn)，這也是不利的。 Ms Ms點(diǎn)最好不低于300300。這是因?yàn)樵跓嵊绊?yngxing)(yngxing)區(qū)雖有馬氏體轉(zhuǎn)變，但 Ms Ms點(diǎn)高于300300時(shí)可產(chǎn)生“自回火”現(xiàn)象，從而減少了開(kāi)裂的傾向。 第29頁(yè)/共70頁(yè)第二十九頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1630(2)(2)過(guò)燒脆性產(chǎn)生在緊靠熔合線(xiàn)的熱影響區(qū)。 防止方法: :限制鋼的含碳量，或者向鋼中加少量稀土元素( (如鈰) )以固定硫。稀土硫化物可以降低鋼對(duì)過(guò)燒脆性的敏感性。 過(guò)熱(u r)(u r)脆性易產(chǎn)生在離熔合線(xiàn)較遠(yuǎn)的熱影響區(qū)，可降低鋼的塑性，增加冷脆傾向性。向鋼中加入少量MoMo、V V、TiTi、NbNb等

18、強(qiáng)碳化物形成元素時(shí)，可阻止晶粒長(zhǎng)大，并減小過(guò)熱(u r)(u r)敏感性。 第30頁(yè)/共70頁(yè)第三十頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1631（3 3）凝固脆性一般以熱裂紋的形式表現(xiàn)出來(lái)。引起凝固脆性的主要元素是S S、P P、SiSi等，C C、NiNi、CuCu也有促進(jìn)作用。減小凝固脆性元素：TiTi、ZrZr或CeCe能形成(xngchng)(xngchng)球狀的硫化物并提高其熔點(diǎn)。第31頁(yè)/共70頁(yè)第三十一頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1632 （4 4）熱影響區(qū)的時(shí)效脆性也可能成為構(gòu)件用鋼在使用過(guò)程中的開(kāi)裂(ki li)(ki li)源，必須充分注意。為此，向鋼中加入AlAl、V V、Ti

19、Ti、NbNb等元素，以抑制時(shí)效敏感性。 綜上所述，焊接會(huì)帶來(lái)很多缺陷或脆性而使構(gòu)件的承載能力降低，因此必須改善焊接性能。鋼中的碳及合金元素都易使焊接性能下降，這便是要求構(gòu)件一般應(yīng)為低碳、低合金的主要原因之一。 第32頁(yè)/共70頁(yè)第三十二頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-16332.3 構(gòu)件(gujin)用鋼耐大氣腐蝕性能 使用(shyng)(shyng)環(huán)境易被腐蝕 保護(hù)措施較差 用量大尼米茲核動(dòng)力航母001 第33頁(yè)/共70頁(yè)第三十三頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1634一、大氣腐蝕(fsh)(fsh)過(guò)程 電化學(xué)腐蝕過(guò)程形成原電池構(gòu)件用鋼在大氣(dq)(dq)中的腐蝕又與一般的原電池腐蝕有所不同

20、。第34頁(yè)/共70頁(yè)第三十四頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1635 微電池(dinch)(dinch)現(xiàn)象是指在一塊鋼板里構(gòu)成有許多個(gè)微小的原電池(dinch)(dinch)，從而引起鋼板腐蝕的現(xiàn)象。 第35頁(yè)/共70頁(yè)第三十五頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1636例如碳鋼在水中的電化學(xué)過(guò)程便形成腐蝕，因?yàn)殇撝需F素體的電極電位低于滲碳體的電極電位，鐵素體構(gòu)成微電池的陽(yáng)極，滲碳體為陰極(ynj)(ynj)。陽(yáng)極是溶解極：2Fe2Fe2+4e2Fe2Fe2+4e。電子向陰極(ynj)Fe3C(ynj)Fe3C移動(dòng)，與介質(zhì)中的O2O2和H2OH2O作用形成氫氧離子，即4e+2H2O+O24OH4e+2H

21、2O+O24OH。Fe2+Fe2+在介質(zhì)中與OHOH相遇又形成Fe(OH)2Fe(OH)2，即整個(gè)過(guò)程為2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)22Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2，這樣鋼鐵在水中不斷得到腐蝕。合金中各種元素或組織在電解質(zhì)中會(huì)構(gòu)成多電極的微電池電化學(xué)腐蝕。第36頁(yè)/共70頁(yè)第三十六頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1637二、提高(t go)(t go)構(gòu)件用鋼耐大氣腐蝕的途徑 1.減少微電池?cái)?shù)量(shling)（低碳）2.提高基體的電極電位（高成本）3.利用鈍化效應(yīng)（ Cu與P復(fù)合）第37頁(yè)/共70頁(yè)第三十七頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1638 1. 1.減少微電池(dinch)(

22、dinch)數(shù)量 微電池?cái)?shù)量(shling)(shling)越多，則腐蝕速度越快，故為了減慢腐蝕速度，應(yīng)減少微電池?cái)?shù)目。 C C與S S含量增多時(shí)，會(huì)使第二相質(zhì)點(diǎn)( (碳化物與硫化物) )數(shù)量(shling)(shling)增多，從而導(dǎo)致腐蝕速度加快。 所以應(yīng)對(duì)構(gòu)件用鋼的含碳量和含硫量加以限制。這也是要求構(gòu)件用鋼應(yīng)是低碳鋼的重要原因之一。第38頁(yè)/共70頁(yè)第三十八頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-16392.2.提高(t go)(t go)基體的電極電位 基體(j t)(j t)與第二相的電極電位差越大，則腐蝕速度越快。為了減慢腐蝕速度，應(yīng)力求提高基體(j t)(j t)的電極電位，以抑制陽(yáng)極反應(yīng)。

23、從這一角度出發(fā)，可向鋼中加入能與-Fe-Fe形成固溶體并能提高其電極電位的合金元素( (例如CrCr、NiNi、TiTi等元素）。但這種辦法的缺點(diǎn)是提高了鋼的成本。第39頁(yè)/共70頁(yè)第三十九頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-16403.3.利用鈍化(dn hu)(dn hu)效應(yīng) 鈍化效應(yīng)是指通過(guò)改變鋼表面狀態(tài)而造成基體金屬表面部分電極電位升高的現(xiàn)象。最常采用的鈍化措施是在金屬表面形成一層致密的氧化膜。這種氧化膜使鋼的表面與電介質(zhì)隔開(kāi)，從而使陽(yáng)極反應(yīng)(fnyng)(fnyng)受到阻礙。一般認(rèn)為CrCr是最有效的鈍化元素，但成本較高，發(fā)展量大面廣的構(gòu)件用鋼不宜走這一條路。第40頁(yè)/共70頁(yè)第四十頁(yè)，

24、共71頁(yè)。2022-5-1641 Cu Cu含量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，可以促進(jìn)(cjn)(cjn)鈍化效應(yīng)。 原因：在室溫下CuCu在-Fe-Fe中的溶解度較小，約為0.2%0.2%時(shí)，便有CuCu原子以游離狀態(tài)在鋼的表面析出，形成均勻、彌散分布的富CuCu相。CuCu的電極電位比較高，這樣就增加了微電池的陰極接點(diǎn)，彌散均勻分布的CuCu陰極接點(diǎn)有利于迅速在構(gòu)件用鋼表面上形成一層比較致密的氧化膜而產(chǎn)生鈍化作用。第41頁(yè)/共70頁(yè)第四十一頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1642 少量的銅( (0.20.2）溶入-Fe-Fe中提高-Fe-Fe的電極電位，也有利于提高抗蝕性。 0.1% 0.1%0.15%0.

25、15%的CuCu便可使腐蝕速度顯著下降。 達(dá)到0.25%0.25%左右，則抗蝕性可提高l l倍以上。 Cu Cu含量過(guò)高( (如CuCu0.5%)0.5%)易使鋼產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。 通常在耐大氣(dq)(dq)腐蝕用鋼中CuCu含量在0.2%0.2%0.5%0.5%，特別是CuCu與P P復(fù)合存在時(shí)效果更好，以P0.1%+Cu0.3%P0.1%+Cu0.3%效果最佳。值得注意的是P P含量過(guò)高會(huì)增加鋼的脆性，應(yīng)加以控制。第42頁(yè)/共70頁(yè)第四十二頁(yè)，共71頁(yè)。 工程結(jié)構(gòu)鋼包括碳素鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。工程結(jié)構(gòu)鋼包括碳素鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。 低合金高強(qiáng)度鋼是指在碳含量低于低合金高強(qiáng)度鋼是指在碳含量低于

26、0.25%0.25%（質(zhì)量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的普通分?jǐn)?shù)，下同）的普通(ptng)(ptng)碳素鋼的基礎(chǔ)上，碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加一種或多種少量合金元素（低于通過(guò)添加一種或多種少量合金元素（低于3%3%），使），使鋼的強(qiáng)度明顯高于碳素鋼的一類(lèi)工程結(jié)構(gòu)用鋼，統(tǒng)稱(chēng)鋼的強(qiáng)度明顯高于碳素鋼的一類(lèi)工程結(jié)構(gòu)用鋼，統(tǒng)稱(chēng)低合金高強(qiáng)度鋼。低合金高強(qiáng)度鋼。 第43頁(yè)/共70頁(yè)第四十三頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-16442.4 碳素構(gòu)件(gujin)用鋼l碳素構(gòu)件用鋼又稱(chēng)普碳鋼，其產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的70%70%80%80%，其中大部分用作鋼的結(jié)構(gòu)件，少量用作機(jī)器零件。l由于普碳鋼易于冶煉，價(jià)格低廉，性能也基本滿(mǎn)足

27、了一般構(gòu)件的要求，所以工程(gngchng)(gngchng)上用量很大。l普碳鋼常以熱軋狀態(tài)供貨，一般不經(jīng)熱處理強(qiáng)化。為了滿(mǎn)足工藝性能和使用性能的要求，其含碳量一般小于0.2%0.2%。第44頁(yè)/共70頁(yè)第四十四頁(yè)，共71頁(yè)。451、碳素工程結(jié)構(gòu)鋼的分類(lèi)、成分及性能特點(diǎn) 1)編號(hào) Q屈服點(diǎn)質(zhì)量等級(jí)脫氧(tu yng) Q：表示屈服強(qiáng)度 屈服點(diǎn)：分為5個(gè)等級(jí)：195，215， 235，255， 275（MPa）第45頁(yè)/共70頁(yè)第四十五頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1646 等 級(jí) 符 號(hào) 是 指 這 類(lèi) 鋼 所 獨(dú) 用 的 質(zhì) 量(zhling)等級(jí)符號(hào)。也是按S、P雜質(zhì)多少來(lái)分。以A、B、C

28、、D四個(gè)符號(hào)代表四個(gè)等級(jí)。 A級(jí) ws0.05， wp0.045 B級(jí) ws0.045， wp0.045 C級(jí) ws0.04， wp0.04 D級(jí) ws0.035， wp0.035第46頁(yè)/共70頁(yè)第四十六頁(yè)，共71頁(yè)。472)2)特點(diǎn)： (1) (1)碳含量較低。0.06-0.38%C0.06-0.38%C (2) (2)熱軋態(tài)供貨，不需熱處理，組織為F FP P。 (3) S (3) S，P P含量隨質(zhì)量等級(jí)提高而減少。3)3)用途 主要(zhyo)(zhyo)用于工程結(jié)構(gòu)鋼。 產(chǎn)量大。第47頁(yè)/共70頁(yè)第四十七頁(yè)，共71頁(yè)。2、常用碳素工程(gngchng)結(jié)構(gòu)用鋼3）Q235 C量適中

29、，是最通用的工程構(gòu)件用鋼之一，具有 一定的強(qiáng)度(qingd)、塑性及良好的焊接性；5）Q275 C、Si、Mn含量(hnling)較高，具有較高的強(qiáng)度及硬度 較好的塑性及耐磨性，而塑性較低。4）Q255 良好的強(qiáng)度、塑韌性、焊接性及冷熱壓力加工。2）Q215 C、Mn含量低，強(qiáng)度不高，塑韌性好，同時(shí)具有良好的焊接性能及工藝成型性。1）Q195 C、Mn含量低，強(qiáng)度不高，塑韌性高；第48頁(yè)/共70頁(yè)第四十八頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1649 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)和化學(xué)成分(GB/T700-1988)牌號(hào)等級(jí)化學(xué)成分脫氧方法w(C)%w( Mn)%w( Si)%w(S )%w( P)%不大于Q195

30、0.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,ZQ215A / B0.09-0.150.25-0.550.300.050 / 0.0450.045F,b,Z Q235 A0.14-0.220.30-0.650.300.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.30-0.700.300.0450.045F,b,ZC0.180.35-0.800.300.0400.040ZD0.170.35-0.800.300.0350.035TZQ255A / B0.18-0.280.40-0.700.300.050 / 0.0450.045ZQ2750.28-0.380.50-

31、0.800.350.0500.045Z第49頁(yè)/共70頁(yè)第四十九頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1650GB/T700-1988 標(biāo)準(zhǔn) GB700-79 標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分和力學(xué)性能均須保證 A 類(lèi)鋼 保證力學(xué)性能， B 類(lèi)鋼 保證化學(xué)成分， C 類(lèi)鋼 保證化學(xué)成分及力學(xué)性能。Q195 A1；B1Q215 A2；C2Q235 A3；C3Q255 A4；C4Q275 C5碳素結(jié)構(gòu)鋼 新、老標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)對(duì)照第50頁(yè)/共70頁(yè)第五十頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1651碳素結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能(GB/T700-1988)牌號(hào)等級(jí)拉 伸 試 驗(yàn)沖擊試驗(yàn)屈服點(diǎn)s ，MPa抗拉強(qiáng)度b /MPa伸長(zhǎng)率 s , %溫度V型沖擊功

32、(縱向)J鋼材厚度(直徑)，mm鋼材厚度(直徑), mm164060100150150164060100150150不小于不小于不小于Q195195315-39033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615第51頁(yè)/共70頁(yè)第五十一頁(yè)，共71頁(yè)。四、碳素結(jié)構(gòu)鋼供貨品種四、碳素結(jié)構(gòu)鋼供貨品種(pnzhng) 供貨品種(pn

33、zhng)：鋼板，鋼帶，鋼管，槽鋼，角鋼，鋼軌，鋼筋，鋼絲等碳素結(jié)構(gòu)鋼薄鋼板 鋼管(gnggun)第52頁(yè)/共70頁(yè)第五十二頁(yè)，共71頁(yè)。鋼帶槽鋼(co n)角鋼(jiogng)第53頁(yè)/共70頁(yè)第五十三頁(yè)，共71頁(yè)。鋼絲(n s)鋼筋(gngjn)第54頁(yè)/共70頁(yè)第五十四頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-16552.5 2.5 低合金高強(qiáng)度鋼 普通低合金構(gòu)件用鋼，簡(jiǎn)稱(chēng)普低鋼，國(guó)外稱(chēng)低合金高強(qiáng)度鋼。英文縮寫(xiě)HSLAHSLA鋼。盡管?chē)?guó)內(nèi)外叫法不同，但從成分上都是低碳、低合金元素(yun s)(yun s)的鋼種。第55頁(yè)/共70頁(yè)第五十五頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1656普低鋼是為了適應(yīng)大型工程結(jié)

34、構(gòu)(如大型橋梁、大型壓力容器及船舶等)、減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量、提高(t go)使用的可靠性及節(jié)約鋼材的需要而發(fā)展起來(lái)的。第56頁(yè)/共70頁(yè)第五十六頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1657一、普低鋼合金化基本原則：低碳，合金化以MnMn為主，適當(dāng)(shdng)(shdng)加入AlAl、V V、TiTi、NbNb、CuCu、P P及稀土等元素。其發(fā)展方向是多組元微量合金化。第57頁(yè)/共70頁(yè)第五十七頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1658(1)(1)低碳低合金元素，基本上不加CrCr和NiNi，是經(jīng)濟(jì)性能較好的鋼種。(2)(2)主加合金元素是MnMn， Mn Mn的固溶強(qiáng)化(qinghu)(qinghu)效果較

35、大。 合金元素在-Fe-Fe中的固溶強(qiáng)化(qinghu)(qinghu)次序是： Si Si、MnMn較大， Ni Ni次之， W W、MoMo、V V、CrCr較小。第58頁(yè)/共70頁(yè)第五十八頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1659(3)(3)輔加合金元素A1A1、V V、TiTi、NbNb等AlAl形成AlNAlN的細(xì)小質(zhì)點(diǎn)，以細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，降低脆性轉(zhuǎn)折溫度。 例如，在C0.15%+Mnl.8%C0.15%+Mnl.8%的鋼中，用AlAl脫氧正火后可使屈服強(qiáng)度達(dá)到425425475MPa475MPa，而TkTk下降到-70-70。微量V V、TiTi、NbNb等元素既可產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化作用，

36、還可細(xì)化晶粒，從而使強(qiáng)韌性得以改善。此類(lèi)元素所形成的碳化物在高溫軋制時(shí)可以溶解(rngji)(rngji)，此時(shí)細(xì)化晶粒效果消失，TkTk反而上升。所以在軋制時(shí)必須控制軋制溫度。第59頁(yè)/共70頁(yè)第五十九頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1660(4)(4)為改善鋼的耐腐蝕性能，應(yīng)加入 Cu Cu和P P。(5)(5)加人微量稀土元素可以脫硫去氣，凈化(jnghu)(jnghu)鋼材，并改善夾雜物的形態(tài)與分布，從而改善鋼的機(jī)械性能和工藝性能。第60頁(yè)/共70頁(yè)第六十頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1661二、我國(guó)的低合金高強(qiáng)度鋼 我國(guó)列入冶金部標(biāo)準(zhǔn)的普低鋼，按屈服強(qiáng)度(qingd)(qingd)的高低分

37、為300MPa300MPa級(jí)、350MPa350MPa級(jí)、400MPa400MPa級(jí)、450MPa450MPa級(jí)、500MPa500MPa級(jí)和650MPa650MPa級(jí)六個(gè)級(jí)別。 第61頁(yè)/共70頁(yè)第六十一頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1662(1) 300MPa級(jí)l12Mn鋼 在300MPa級(jí)中是一個(gè)較好的鋼種。綜合機(jī)械性能好，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單?？捎糜诖?、容器、油罐和其它金屬結(jié)構(gòu)。加熱至450時(shí)，其屈服強(qiáng)度還可維持在200210MPa。國(guó)內(nèi)很多鍋爐廠(chǎng)采用此鋼。l09MnNb鋼 在09Mn2鋼基礎(chǔ)上，以Nb代替部分Mn而發(fā)展起來(lái)的。加入少量的Nb(0.050.5)可細(xì)化晶粒，并有NbC的析出強(qiáng)化作

38、用(zuyng)。多用于橋梁及車(chē)輛。 第62頁(yè)/共70頁(yè)第六十二頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1663(2) 350MPa級(jí) 16Mn鋼 是發(fā)展最早，使用最多，最有代表性的鋼種。由于含C量提高，因而強(qiáng)度較高，同時(shí)具有良好的綜合機(jī)械性能和焊接性。多用于船舶、橋梁、車(chē)輛、大型容器、大型鋼結(jié)構(gòu)等。比使用碳鋼可節(jié)約鋼材2030。 12MnPRE(錸)鋼 其中加入少量的P(0.070.12)，提高了擾蝕性，并有較大的強(qiáng)化作用。另外(ln wi)加入稀土元素可消除有害雜質(zhì)，改善夾雜物的形狀及分布，減弱冷脆性?？捎糜诨と萜骷敖ㄖY(jié)構(gòu)。 第63頁(yè)/共70頁(yè)第六十三頁(yè)，共71頁(yè)。2022-5-1664(3) 400MPa級(jí)l16MnNb鋼 與16Mn鋼相比，Mn含量降低了一些。由于Nb的強(qiáng)化作用，16MnNb鋼的強(qiáng)度比16Mn鋼高一級(jí)。綜合機(jī)械性能與焊接性都比較好。多用于大型結(jié)構(gòu)及起重機(jī)械。l10MnPNbRE鋼 由于Nb及P的強(qiáng)化作用，使C量可以低一些。P也使鋼的抗蝕性提高。RE起