第四章 工程构建用钢.

铁素体＋珠光体低合金高强度钢组织性能的关系已经 很好的建立，其汇总图如图所示。
图注：铁素体中各种强化机理和成分对韧-脆转折温度的影响 图中向量值表明σ s每增加15MPa时，韧-脆转折温度的变化量/℃。
在低合金高强度钢中，利用Nb、V、Ti细化晶粒和产生 沉淀强化也是很普遍的。Nb、V、Ti对正火状态的低合金 高强度钢的晶粒度的影响见下图。
Chapter 6 工程构件用钢
6.1 低合金高强度钢
一、对低合金高强度钢的性能要求： l 要求钢材具有较高的屈服强度，提高其可靠性,以减轻金属结构 的重量。大致来说，如果将钢屈服强度值由240～260Mpa，增高到340～ 360 MPa，即提高50％，则可使金属构件的重量减轻20～30％。 l 屈强比σ s/σ b也是一个有意义的指标，此值越大，越能发挥钢 材潜力。但是为了使用安全，亦不宜过大，适合的比值在0.65-0.75之间。 l 在塑性方面，要求厚度为3～20mm钢板的延伸率(δ 5)一般不小于 21％。 l 室温冲击韧性在纵向和横向分别不小于80和60J/cm2。 l 这类钢的韧—脆转折温度应低于-30℃左右。
Chapter 6 工程构件用钢
主要内容
第一节 低合金高强度钢 第二节 微合金化低合金高强度钢
一、应用背景
• 工程构件用钢是在普 通碳素结构钢的基础 上发展起来的，主要 用于制造各种大型金 属结构（如桥梁、船 舶、屋架、锅炉及压 力容器等）。
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二、工程构件的服役特点 • 不作相对运动，长期承受静载荷作用，有一定的 使用温度和环境要求。 如寒冷的北方，构件在承载的同时，还要长期经 受低温的作用；桥梁或船舶则长期经受大气或海 水的浸蚀；电站锅炉构件的使用温度则可达到 250℃以上。 三、力学性能要求 • 弹性模量大，以保证构件有更好的刚度； • 有足够的抗塑性变形及抗破断的能力，即σs和σb 较高，而δ和ψ较好； • 缺口敏感性及冷脆倾向性较小等； • 具有一定的耐大气腐蚀及海水腐蚀性能。
（二）合金元素对焊接性能的影响
所谓优良的焊接性是指： L 焊接工艺简单；
l 焊接时不易产生裂纹及各种缺陷；
l 焊缝处保持足够的强度与韧性。 注意： l 钢材的含C量越高，热影响区的硬化与脆化越显著，在 焊接应力的作用下容易产生裂纹，所以，钢的含C量应尽可能 压低； l 增加钢材淬透性的合金元素的种类及数量也应适当地 控制。
（三）合金元素对耐大气腐蚀性的影响
所谓抗大气腐蚀性是指：钢构件或容器在自然环境中使用 时抵抗大气腐蚀的能力。
钢中加入少量的Cu、P、Cr、Ni、Mo、Al等元素时，可以 提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性，其中Cu、P是最有效 的元素。
（四）小结
综上所述：
l 低合金高强度钢的含C量应该控制在0.2%以下。 l 从固溶强化观点来看，Si、Mn是十分有效的，在低碳情 况下，Mn能细化晶粒，降低韧-脆转变温度。 l 从细化晶粒来看，Al、Nb、V、Ti是十分有效的，Nb、V 还可以产生沉淀强化作用。 l Cu既能提高耐大气腐蚀性，又能产生沉淀强化。 l P与其它元素配合，可以发挥其固溶强化和提高耐大气 腐蚀性的作用。 因此，对铁素体+珠光体型低合金高强度钢的合金化方向应 该以Si-Mn为基础，适当添加Al、Nb、Ti、Cu、P等。如果要得 到更高的抗蚀性，则可用少量的Cr和Ni。要求正火态获得贝氏 体组织时，则必须同时考虑Mo与B。
由图可知，在热轧状态Nb能较显著地细化晶粒和具有中等 的析出强化作用。 l Nb细化晶粒作用特别显著。这样，它既能使钢强化 又能降低韧-脆转折温度。 l 随着含Ti量的增加，热轧钢的强度显著地随析出强 化而增加，而细化晶粒的贡献则处于中等情况。含Ti钢脆性 断裂抗力稍低些。 l V产生中等的析出强化效果，而细化晶粒的作用则 相对地较弱，这样大量的V(CN)化合物的析出影响脆性断裂 抗力，从而使韧-脆转折温度比含Nb和含Ti钢都要高些。 具有铁素体＋珠光体组织的低合金高强度钢，通过各种 方式强化，其σ s最高约为470MPa。 若需要获得强度更高的钢种，就必须考虑低碳贝氏体型 钢和低碳马氏体型钢。
图注：Nb、V、Ti对正火态低合金钢晶粒度的影响 由图可见，Nb细化晶粒最有效，Ti次之，V则基本上不起细化晶粒的作用。
下图示意地表示了热轧低碳带钢中由于晶粒细化和沉淀强 化引起的屈服强度、韧－脆转折温度的变化与 Nb、V、Ti含 量的关系。
图注：热轧低碳带钢中微合金元素含量与由于晶粒细化及析出强化引起的屈服强 度增量、转折温度变化的关系。
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四、工艺性能要求 良好的冷变形性能和焊接性能。 以工艺性能为主，力学性能为辅。 五、成分设计要求 • 低碳（wC%≤0.25%）； • 加入适量的合金元素提高强度（1）当合金元素 含量较低时，如低合金高强度结构钢和微合金化 钢，其基体组织是大量的铁素体和少量的珠光体； （2）当合金元素含量较多时，其基体组织可变 为，贝氏体、针状铁素体或马氏体组织。 六、供货状态������ • 大部分构件通常是在热轧空冷（正火）状态下使 用，有时也在回火状态下使用。
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三.我国的低合金高强度钢 我国列入冶金部标准的低合金高强度钢有很多。它们是按 屈服强度高低来分类的。共分为300MPa级、350MPa级、 400MPa级、450MPa级、500MPa级和650MPa级6个级别。
l 此外还要求这类钢具有良好的工艺性能和耐蚀性。
为了统筹兼顾上述性能的要求，只能采用低碳、多组元合金 元素，同时尽量不含过多贵重元素或者根本不含贵重元素，以 降低成本。 二、合金元素在低合金高强度钢中的作用 （一）合金元素对低合金高强度钢机械性能的影响 通常碳用于强化钢材是最合适的元素，它既便宜又易于与Fe 合金化。因此工程构件用钢发展的初期，主要是用含C量达 0.3%的热轧钢材，其屈服强度在300～350Mpa左右。然而由于 其具有较高的含C量，带来焊接和成型的极大困难。焊接工艺 发展成为主要加工方法后，曾引起严重的变形、开裂问题，因 而低合金高强度钢的含C量，必须逐步降低。同时考虑到C对韧 －脆转折温度的影响，所以，低合金高强度钢的含C量，一般 均限制在0.2%以下。