低合金及微合金低碳铁素体-珠光体型钢
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能过多，否则将在热加工时引起脆断。
基于上述思路可知工程构件用钢的设计原 则是：尽可能压低钢的碳量，充分利用铁素体 细晶强化机制以及第二相沉淀强化机制。
因此，使用组织设计为：等轴状、细小晶粒尺 寸的铁素体和低量珠光体的铁素体－珠光体组 织，或者在铁素体基体上富有均匀沉淀的第二 相质点。
化学成分设计为：0.10～0.20C,1.5 ～ 1.7%Mn,Si量限制在0.2 ～ 0.6%以内，P和S 的含量控制与普通碳素钢相同。以Al细化晶粒， 往钢中加入微量的Nb、V和Ti，产生微合金化 作用。
⑶第二相粒子：第二相沉淀在强度和韧性二方面 都表现出明显的作用。为取得第二相沉淀强化 作用，可考虑向钢中加入Nb、V 和Ti。
考虑三方面的问题：
1、三种元素于不同温度下在奥氏体中的溶解度
2、沉淀强化效应受到热轧后冷却速度的控制。 太快：沉淀受抑止，太慢：过时效。
3、合金元素与C的配比量对沉淀强化的作用
⑷位错密度 通过提高铁素体的位错密度可以提 高其屈服强度。其中降低相变温度是比较容易 的方法。但必须适当，否则将对强韧性不利。
⑸置换固溶与间隙固溶 溶质原子的固溶能同时 提高屈服强度和抗拉强度。
1、作用取决于溶质原子与溶剂原子的半径差。 2、铁素体的特殊力学性能 3、置换固溶作用比间隙固溶小 4、有些置换元素能给韧性带来有利作用 合金元素对性能的影响
低合金及微合金低碳铁素体－珠光体型钢
本章主要内容
一、 引言 二、 影响低合金高强度钢性能的因素 三、 低合金高强度钢设计
二 影响低合金高强度钢性能的因素
2．1 低合金高强度钢强韧性的控制因素
简单的低碳锰钢的强韧性与成分组织结构 的变化规律，Pickering和Gladman提出下示关 系式：
4、细晶粒铁素体对焊件的强韧性有利
2－3 冷形变成型加工性
钢材的形变成型性主要与以下的力学性能 参量有关：
1、获得预定塑变量所产生的流变应力(σf) 2、加工硬化率（dσ∕dε）
3、塑性失稳前的最大均匀应变（εu） 4、断裂应变量(εT)
按形变成型性的观点出发，要求钢材具有 低的σf 、 dσ∕dε和高的εu 、 εT 。
⑹Nb、V和Ti在钢中所占量甚微，但对钢的力学
性能富有裨益，可作为钢中的微合金化元素。
⑺应根据εu和εT的不同要求来选用沉淀强化机制。
⑻Al的加入能使晶粒显著细化，还能净化铁素体 的N。
⑼应慎重考虑置换固溶强化机制的应用。（Si、 Mn）
⑽要控制非金属相的量、形态和分布方式。 ⑾适量Cu能提高构件的抗电化学腐蚀能力，但不
从中不难看出： ①珠光体是不利于韧性的组织因素，同时也引 起冷脆转化温度（ITT）明显升高． ②间隙固溶于铁素体的游离态氮原子明显提高 冷脆转化温度． ③Mn对冷脆转化温度的直接作用不明显． ④晶粒细化对强度和韧性都起有益作用． ⑤在常数项内包括P-N力和加工硬化等．
分析上示关系式，能够对正火态低碳钢的 强韧性配合发挥作用的因子有：
钢种举例：
3－2非金属相形态的控制
低合金高强度钢的力学性能受到非金属夹 杂物很大的影响，其影响程度主要取决与其形 态和分布。
假如可以改变夹杂物的形态，如使它变细， 粒化，或者使它变脆，分布均匀而能避免偏析， 便可在很大程度上减弱性能的各向异性，还可 以降低微孔快速长大的危险性。
现今解决夹杂物问题的着眼点为：1、使 夹杂物呈球状2、降低夹杂物的可塑性。
①铁素体和珠光体量配比②铁素体的组织形态 ③沉淀强化第二相的类型和数量
基于上述钢的成分组织与力学性能的变化规律， 以及可焊性和成型性与成分组织的控制关系可 建立以下设计思路：
⑴珠光体虽然能增加强度，但升高ITT（冷脆转 化温度），继续强化不能用增加珠光体量来实 现。
⑵细化铁素体晶粒能使钢获得最佳的强韧性配合， 因此细晶粒是刻意追求的组织
2－2 可焊性 在焊接后的冷却过程中，热影响区发生固
态相变，间隙固溶的马氏体转变所引起的残余 组织内应力常是裂纹形成的重要原因。因此通 常用钢的 C当量来作为评定钢的可焊性参量。 1、降低C能改善热影响区的氢诱发裂纹抗力
2、焊件硬度增高，氢诱发裂纹敏感性也增加
3、层状撕裂与沿轧制平面排列的非金属相有关
⑶除细晶强化，可以考虑第二相沉淀强化，因为 与其他机制相比，它引起的ITT升高最少
⑷为满足可焊性要求，参数Pcm＜0.2，因此钢的 碳含量应低于0.20％，此外，为了取得好的形 变成型性需要钢的含碳量是最低的。
⑸Mn是唯一可使屈服强度增加而又使冷脆转化
温度变化最小的常用元素。不过加入量过多， 可使冷却相变温度明显下降，必须控制其含量。
合性能
8、置换固溶和间隙固溶能提高流变应力和加工 硬化
9、形成织构影响形变成型性
三 低合金高强度钢设计
3-1 工程构件使用组织和用钢成分的设计思路 设计指标： 1、较高的屈服强度和低的冷脆转变温度百度文库一定
的屈强比 2、良好的可焊性 3、成本最低
对于热轧态工程构件用钢的设计所要着重考虑 的问题有三个：
⑴珠光体：碳的作用方式是片状或粒状的渗碳体， 所以珠光体的强化作用实际上是C的强化作用 的反映．在流变阶段，珠光体对位错运动起阻 碍作用，提高加工硬化率，提高抗拉强度；同 时，它对冷脆转化温度起很不好的作用．
⑵晶粒尺寸：等轴状铁素体晶粒的细化对抗拉强 度作用不大，但能增高屈服强度，降低冷脆转 化温度．
对于铁素体－珠光体钢， 根据Pickering 的研究工作，有如下要考虑的问题：
1、提高C含量使均匀应变和断裂应变都降低 2、屈服强度的提高将导致形变成型性的降低 3、细化铁素体晶粒对εT带来益处 4、第二相粒子的形态、数量和分布对εu 及εT
有很大影响
5、杂质第二相质点对强度和韧性有很大作用 6、珠光体片间距和固溶强化提高加工硬化率 7、细化晶粒和第二相沉淀强化能获得良好的综
具体办法是向钢中假如某些元素，如Ca、 Zr、Ti和稀土金属Ce。Ca是用以控制硫化物和 氧化物形态，即使长条状平行排列的夹杂物变 为球化或粒状的，而Zr、Ti和Ce主要为降低它 们的可塑性，以使其在变形时碎化。
基于上述思路可知工程构件用钢的设计原 则是：尽可能压低钢的碳量，充分利用铁素体 细晶强化机制以及第二相沉淀强化机制。
因此，使用组织设计为：等轴状、细小晶粒尺 寸的铁素体和低量珠光体的铁素体－珠光体组 织，或者在铁素体基体上富有均匀沉淀的第二 相质点。
化学成分设计为：0.10～0.20C,1.5 ～ 1.7%Mn,Si量限制在0.2 ～ 0.6%以内，P和S 的含量控制与普通碳素钢相同。以Al细化晶粒， 往钢中加入微量的Nb、V和Ti，产生微合金化 作用。
⑶第二相粒子：第二相沉淀在强度和韧性二方面 都表现出明显的作用。为取得第二相沉淀强化 作用，可考虑向钢中加入Nb、V 和Ti。
考虑三方面的问题：
1、三种元素于不同温度下在奥氏体中的溶解度
2、沉淀强化效应受到热轧后冷却速度的控制。 太快：沉淀受抑止，太慢：过时效。
3、合金元素与C的配比量对沉淀强化的作用
⑷位错密度 通过提高铁素体的位错密度可以提 高其屈服强度。其中降低相变温度是比较容易 的方法。但必须适当，否则将对强韧性不利。
⑸置换固溶与间隙固溶 溶质原子的固溶能同时 提高屈服强度和抗拉强度。
1、作用取决于溶质原子与溶剂原子的半径差。 2、铁素体的特殊力学性能 3、置换固溶作用比间隙固溶小 4、有些置换元素能给韧性带来有利作用 合金元素对性能的影响
低合金及微合金低碳铁素体－珠光体型钢
本章主要内容
一、 引言 二、 影响低合金高强度钢性能的因素 三、 低合金高强度钢设计
二 影响低合金高强度钢性能的因素
2．1 低合金高强度钢强韧性的控制因素
简单的低碳锰钢的强韧性与成分组织结构 的变化规律，Pickering和Gladman提出下示关 系式：
4、细晶粒铁素体对焊件的强韧性有利
2－3 冷形变成型加工性
钢材的形变成型性主要与以下的力学性能 参量有关：
1、获得预定塑变量所产生的流变应力(σf) 2、加工硬化率（dσ∕dε）
3、塑性失稳前的最大均匀应变（εu） 4、断裂应变量(εT)
按形变成型性的观点出发，要求钢材具有 低的σf 、 dσ∕dε和高的εu 、 εT 。
⑹Nb、V和Ti在钢中所占量甚微，但对钢的力学
性能富有裨益，可作为钢中的微合金化元素。
⑺应根据εu和εT的不同要求来选用沉淀强化机制。
⑻Al的加入能使晶粒显著细化，还能净化铁素体 的N。
⑼应慎重考虑置换固溶强化机制的应用。（Si、 Mn）
⑽要控制非金属相的量、形态和分布方式。 ⑾适量Cu能提高构件的抗电化学腐蚀能力，但不
从中不难看出： ①珠光体是不利于韧性的组织因素，同时也引 起冷脆转化温度（ITT）明显升高． ②间隙固溶于铁素体的游离态氮原子明显提高 冷脆转化温度． ③Mn对冷脆转化温度的直接作用不明显． ④晶粒细化对强度和韧性都起有益作用． ⑤在常数项内包括P-N力和加工硬化等．
分析上示关系式，能够对正火态低碳钢的 强韧性配合发挥作用的因子有：
钢种举例：
3－2非金属相形态的控制
低合金高强度钢的力学性能受到非金属夹 杂物很大的影响，其影响程度主要取决与其形 态和分布。
假如可以改变夹杂物的形态，如使它变细， 粒化，或者使它变脆，分布均匀而能避免偏析， 便可在很大程度上减弱性能的各向异性，还可 以降低微孔快速长大的危险性。
现今解决夹杂物问题的着眼点为：1、使 夹杂物呈球状2、降低夹杂物的可塑性。
①铁素体和珠光体量配比②铁素体的组织形态 ③沉淀强化第二相的类型和数量
基于上述钢的成分组织与力学性能的变化规律， 以及可焊性和成型性与成分组织的控制关系可 建立以下设计思路：
⑴珠光体虽然能增加强度，但升高ITT（冷脆转 化温度），继续强化不能用增加珠光体量来实 现。
⑵细化铁素体晶粒能使钢获得最佳的强韧性配合， 因此细晶粒是刻意追求的组织
2－2 可焊性 在焊接后的冷却过程中，热影响区发生固
态相变，间隙固溶的马氏体转变所引起的残余 组织内应力常是裂纹形成的重要原因。因此通 常用钢的 C当量来作为评定钢的可焊性参量。 1、降低C能改善热影响区的氢诱发裂纹抗力
2、焊件硬度增高，氢诱发裂纹敏感性也增加
3、层状撕裂与沿轧制平面排列的非金属相有关
⑶除细晶强化，可以考虑第二相沉淀强化，因为 与其他机制相比，它引起的ITT升高最少
⑷为满足可焊性要求，参数Pcm＜0.2，因此钢的 碳含量应低于0.20％，此外，为了取得好的形 变成型性需要钢的含碳量是最低的。
⑸Mn是唯一可使屈服强度增加而又使冷脆转化
温度变化最小的常用元素。不过加入量过多， 可使冷却相变温度明显下降，必须控制其含量。
合性能
8、置换固溶和间隙固溶能提高流变应力和加工 硬化
9、形成织构影响形变成型性
三 低合金高强度钢设计
3-1 工程构件使用组织和用钢成分的设计思路 设计指标： 1、较高的屈服强度和低的冷脆转变温度百度文库一定
的屈强比 2、良好的可焊性 3、成本最低
对于热轧态工程构件用钢的设计所要着重考虑 的问题有三个：
⑴珠光体：碳的作用方式是片状或粒状的渗碳体， 所以珠光体的强化作用实际上是C的强化作用 的反映．在流变阶段，珠光体对位错运动起阻 碍作用，提高加工硬化率，提高抗拉强度；同 时，它对冷脆转化温度起很不好的作用．
⑵晶粒尺寸：等轴状铁素体晶粒的细化对抗拉强 度作用不大，但能增高屈服强度，降低冷脆转 化温度．
对于铁素体－珠光体钢， 根据Pickering 的研究工作，有如下要考虑的问题：
1、提高C含量使均匀应变和断裂应变都降低 2、屈服强度的提高将导致形变成型性的降低 3、细化铁素体晶粒对εT带来益处 4、第二相粒子的形态、数量和分布对εu 及εT
有很大影响
5、杂质第二相质点对强度和韧性有很大作用 6、珠光体片间距和固溶强化提高加工硬化率 7、细化晶粒和第二相沉淀强化能获得良好的综
具体办法是向钢中假如某些元素，如Ca、 Zr、Ti和稀土金属Ce。Ca是用以控制硫化物和 氧化物形态，即使长条状平行排列的夹杂物变 为球化或粒状的，而Zr、Ti和Ce主要为降低它 们的可塑性，以使其在变形时碎化。