《金属学热处理》PPT课件

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1、金属学热处理 主课老师：安会芬 项目七：工程结构件的选材及应用 工程结构钢 是指专门用来制造 工程结构件的一大类钢种 .在钢总 产量中，工程结构钢占 90左右 。工程结构钢包括碳素钢和低合 金高强度钢。 低合金高强度钢 是指在碳含量 低于 0.25%（质量分数，下同）的普 通碳素钢的基础上，通过添加一种或 多种少量合金元素（低于 3%），使 钢的强度明显高于碳素钢的一类工程 结构用钢，统称低合金高强度钢。 按钢的用途可分 ： 钢轨钢及其他专业用钢 结构钢 耐腐蚀钢 低温用钢 钢筋钢 耐磨钢 2.1 工程结构钢的基本要求 工程结构件长期受静载； 互相无相对运动 受大气（海水）的侵蚀； 有些构件受

2、疲劳冲击； 一般在 -50100 范围内使用； 如：桥梁、船舶等受到像风力或海浪冲击 . 服役 条件 生产 工艺 焊接是构成金属结构的常用方法；一般都要 经过如剪切、冲孔、热弯、深冲等成型工艺 技术 要求 1、足够的强度与韧度（特别是低温韧度）； 2、良好的焊接性和成型工艺性； 3、良好的耐腐蚀性； 4、低的成本。 2.2 低合金高强度结构钢的合金化 C 固溶强化效果和珠光体含量，低成本。 C， 塑、韧性， 焊接性、冷成型。 如 0.1%C， TK为 -50 ， 0.3%C， TK为 50 一般均应限制在 0.2%以下 Si 最常用且较经济的元素。强化 F较显著， 1%Si， s85MPa，

3、TK，量多时可大为 降低塑韧性，所以 Si控制在 1.1% 1、 Me对低合金高强度钢力学性能的影响 Mn 固溶强化作用大， 1%Mn， s33MPa。 约有 3/4量溶入 F中，弱的细晶作用， TK。 同样量多时可大为降低塑韧性 . 所以 Mn控制在 NbAlV。 Re 脱氧去硫吸氢作用，改善 塑韧性， TK 所以，低合金高强度钢的基本成分应考虑低碳， 稍高的锰含量，并适当用硅强化。 合金元素对低合金高 强度钢的固溶强化 钢的韧脆转折温度与碳含量的关系 （ a） 强化机制的影响图 （ b） 成分的影响 图 铁素体 -珠光体钢的各种强化机制和成份对屈服强 度和韧 -脆转折温度的影响 2、 Me

4、对焊接性和耐大气腐蚀性的影响 优良的焊接性是指：焊接工艺简单；焊缝与母材结合牢 固 ， 强度不低于母材；焊缝的热影响区保持足够的强度与韧 性 ， 没有裂纹及各种缺陷 。 控制 C C 焊缝处硬化与脆化倾向 ，焊接裂 纹 。提高淬透性的 Me种类及其数量也应适 当控制，如 Cr、 Mn、 Mo、 Ni等。 Cu P 耐大气腐蚀性最有效 的元素。 一般 含量 : 0.0250.25% Cu ， 0.050.15 P 。 P，冷脆 和时效倾向增加。 用 Al脱氧 细晶粒钢。 复合加入适量元素，则 钢耐蚀性效果更佳。 如 090CuPCrNi-A、 09CuP、 09CuPCrNi-B 时效 现象 低

5、碳工程构件经加工或高温冷却后， 在室温或较低温度下放置一段时间， 钢的性能会发生明显变化的现象。 （淬火时效和机械时效） 产生 原因 C、 N等间隙 原子偏聚 或内吸附于 位错等晶体缺陷处。提高硬度、降低 塑性和韧度。如：某钢板刚变形时， AK120J，十天后降为 35J；焊接钢板 在三个月后由 92J降为 33J。 当然桥梁、船舶等突然断裂的原因很多。例如：共振、应力波等 2.3 铁素体 -珠光体钢 最新研究成果：如 F晶粒尺寸细化到 级，则 F-P类低合金高强度钢的强度也可 达到 800MPa F-P类型是工程结构钢中最主要的一类钢。有 Q295、 Q345、 Q390、 Q420、 Q4

6、60五个牌号。根 据质量要求分为 A、 B、 C、 D四个等级。 A、 B级 为普通质量级； C级为优质级； D级和 E级为特殊 质量级，有低温冲击韧性要求。 组织： 1025片层状 P+ 7590多边形 F。 低碳铁素体 /珠光体钢超细晶强韧化与控制技术 2004年度国家科学技术进步一等奖 主要 特点 超细晶粒、高洁净度、高均匀性 。 生产 节约能源和资源 ， 不用或少用 Me， 改善 环境， 成本 ， 具有更高的经济效益。 如何形成 微米级的超细晶 是该项目的核心 技术和难点 。 具体 指标 采用形变诱导 F相变，可把 F晶粒细 化到 2-5m（碳钢）和 1 2m（微合 金钢）。碳钢的 s

7、由 200MPa提高到 350 400MPa；低合金钢由 350 400MPa提高到 600 700MPa。 低碳铁素体 /珠光体钢超细晶钢材 生产工艺控制和不同的制品 2.4 微珠光体低合金高强度钢 石油、天然气开发，需要大量输送管线。油气管线 用钢要求有很好的焊接性、低温韧度和强度等综合性能。 输送油气距离越长，压力越大，质量要求也越高。油气 管线用钢发展为微 P低合金高强度钢。 强化 机理 对 F-P钢 , P量每 10%，将使 TK 22 。 油气管线用钢 :C, 0.1% ；为保证 ， 就必须采用其它不损害或少损害焊接性和 韧度的强化措施。 析出强化和晶粒细化 钢性能。 Nb、 V、

8、 Ti微合金化和控轧处理工艺。 控制轧制和控制冷却技术 高温形变热处理 F大幅度晶粒细化 强度和韧度。 控制轧制和控制冷却的组织变化模式图 图中轧制温 度向右边降 低，上层表 示奥氏体组 织变化，下 层表示奥氏 体开始相变 后组织及 F 核的形成 3、 微合金元素的作用 Nb、 V、 Ti单元或复合是常用的 ， 其作用主要 有细化晶粒组织和析出 强化 。 微合金元素细化钢 晶粒主要通过以下两种方式： （ 1） 阻止加热时奥氏体晶粒长大 （ 2） 抑制奥氏体形变再结晶 在热加工过程中 ， 奥氏体会发生形变再结晶 使晶粒回复粗大 。 但应变动态析出 Nb、 V、 Ti的 碳氮化物 ， 沉淀在晶界

9、、 亚晶界和位错上起钉轧 作用 ， 有效地阻止奥氏体再结晶时晶界和位错的 运动 ， 从而抑制奥氏体形变再结晶 。 2.5 针状铁素体钢 对于一些强度 、 焊接性 、 低温冲击韧性等要 求更高的场合 ， 还必须采用针状铁素体低合金 高强度钢 。 针状铁素体（ acicular ferrite，简写 AF） 钢实际上属于超低碳贝氏体钢。 0.06 C + 适量 Mn、 Mo、 Nb等 具有 高密度位错（ 1010cm 2）亚结构的“针状 F” 组织（超低碳 B）。 s 达 700800MPa，低 温冲击韧性、焊接性更好 . 用于现场焊接条件及其寒冷地带管线。被 称为 21世纪的控轧钢。 基本 特点

10、 2.6 低碳贝氏体和马氏体钢 低碳贝氏体钢是指含碳量为 0.100.15%，使 用状态组织为 B的钢。贝氏体钢通常是在轧制空 冷或控制冷却，直接获得 B组织。 由于 B的相变强化，低碳贝氏体钢与相同含碳 量的铁素体 -珠光体型钢相比，具有更高的强度和 良好的韧度，屈服强度可达 450980MPa . 主要 特点 合金元素是保证在较宽的冷速范 围内获得以贝氏体为主的组织 成分特点 : ? 0.5%左右 Mo + 微量 B（ 0.005%） +Mn、 Cr、 Ni等 +Nb、 Ti、 V 主要用于制造容器的板材和其他 钢结构。 14MnMoV和 14MnMoVBRE钢是我国发展的 低碳贝氏体钢，

11、屈服强度为 490MPa级 低碳马氏体钢 工程机械上相对运动部件和低温下使用部件， 要求有更高的强度和良好的韧性。 0.16%C ，加入 Mo、 Nb、 V、 B及控制 Mn或 Cr与之 配合 淬火回火处理组织为低碳回火马氏体。 BHS-1钢的成分为 0.10C-1.80Mn-0.45Mo-0.05Nb。 锻轧后空冷或直接淬火并自回火。 达到合金调质钢调质 后的性能水平。 制造汽车的轮臂托架、操纵杆、车轴、转向联动节和 拉杆等，也可用于冷墩、冷拨及制作高强度紧固件。 低合金高强度钢发展趋势 低碳超低碳 0.06%甚至 0.02% 高纯净化 微合金化技术 控轧和控冷工艺 超细晶粒化 自动化在线控制 在线生产系统 复合微合金化 净化钢中的有害杂质 组织微细化 计算机控制和性能预报 采用超级钢概念及技术构造的超级结构示意图 小 结 在微合金化成分设计的基础上，正确的控轧和 控冷工艺是关键因素。组织变化是在 T-t-P三元处 理过程中动态地进行的，从而获得了优异的复合 强化。这是对传统 T-t二元处理的一个突破，从而 对钢的各种强化机制也有了新的认识与发展 Ti、 Nb、 V等元素在控轧和控冷工艺过程的各 个环节中起了重要作用。合适的量及其它们的复 合加入使各强化机制得到了最佳的发挥 作业： 1 常用石油管线钢的牌号、成分、组织特点、性 能。 2 工程结构钢微合金元素的主要作用。