工程构件用钢课件

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1、2023/9/221第二章第二章工程构件用钢工程构件用钢2023/9/222主要内容主要内容2.1 构件用钢的力学性能特点构件用钢的力学性能特点2.2 构件用钢的工艺性能构件用钢的工艺性能2.3 构件用钢耐大气腐蚀性能构件用钢耐大气腐蚀性能2.4 碳素构件用钢碳素构件用钢2.5 低合金高强度钢低合金高强度钢2.6 微合金化低合金高强度钢微合金化低合金高强度钢2023/9/223概概 述述构构件件用用钢钢指指用用于于制制造造各各种种大大型型金金属属结结构构(如如桥桥梁梁、船船舶舶、屋屋架架、锅锅炉炉及及压压力力容容器器等等)的钢材，又称为工程用钢。的钢材，又称为工程用钢。建筑构件钢桥梁大桥大桥船

2、舶船舶屋架屋架压力容器压力容器尼米兹核动力航母001钢制桥梁压力容器 工程结构钢包括工程结构钢包括碳素钢碳素钢和和低合金高强度钢低合金高强度钢。低合金高强度钢是指在碳含量低于低合金高强度钢是指在碳含量低于0.25%0.25%（质（质量分数，下同）的普通碳素钢的基础上，通过添量分数，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（加一种或多种少量合金元素（低于低于3%3%），使钢的），使钢的强度明显高于碳素钢的一类工程结构用钢，统称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。低合金高强度钢。一一 工程构件用钢工作条件特点工程构件用钢工作条件特点1 长时间承受静载荷；长时

3、间承受静载荷；2 有一定温度要求，如锅炉构件，寒冷地区构件等；有一定温度要求，如锅炉构件，寒冷地区构件等；3 长时间在大气环境中服役，有的还与海水或淡水接触；长时间在大气环境中服役，有的还与海水或淡水接触；4 构件加工往往需要冷变形和焊接。构件加工往往需要冷变形和焊接。二、二、工程构件用钢性能要求工程构件用钢性能要求1 一定的综合力学性能；一定的综合力学性能；2 耐大气腐蚀和海水腐蚀性能好，有的还需好的耐高温耐大气腐蚀和海水腐蚀性能好，有的还需好的耐高温腐腐蚀性能；蚀性能；3 良好的工艺性能，即冷变形及焊接性能好良好的工艺性能，即冷变形及焊接性能好。2023/9/229l构件用钢以工艺性能为主

4、，力学性能为辅。构件用钢以工艺性能为主，力学性能为辅。l成分成分:低碳低碳(0.2%)0.2%)l基体组织：大量的铁素体和少量的珠光体。基体组织：大量的铁素体和少量的珠光体。l性能特点：性能特点：屈服、冷脆及时效屈服、冷脆及时效等现象。等现象。l使使用用状状态态：热热轧轧空空冷冷(正正火火)，有有时时也也在在回回火状态下使用火状态下使用。2023/9/22102.1 构件用钢的力学性能特点构件用钢的力学性能特点 力学性能三大特点：力学性能三大特点：屈服现象屈服现象 冷脆现象冷脆现象 时效现象时效现象2023/9/2211一、构件用钢的屈服现象一、构件用钢的屈服现象屈屈服服现现象象是是低低碳碳钢

5、钢所所具具有有的的力力学学行行为为特特点点之一，主要表现在两方面：之一，主要表现在两方面：(1)(1)拉伸曲线上出现拉伸曲线上出现屈服齿与屈服平台屈服齿与屈服平台。(2)(2)在屈服过程中试件的在屈服过程中试件的塑性变形分布是宏塑性变形分布是宏 观不均匀观不均匀的。的。弹性阶段弹性阶段弹性极限弹性极限 p屈服阶段屈服阶段屈服点屈服点 s强化阶段强化阶段强度极限强度极限 b颈缩阶段颈缩阶段2023/9/2213屈服现象的危害及消除屈服现象的危害及消除 表表现现形形式式：屈屈服服变变形形集集中中在在局局部部地地区区少少数数滑滑移移带带上上，引引起起滑滑移移台台阶阶高高度度增增大大，使使试试样样表表

6、面面有有明明显显滑滑移移线线，表表面面出出现现皱皱折折。屈屈服服现现象有时会影响构件象有时会影响构件(如汽车蒙皮如汽车蒙皮)的表面质量。的表面质量。一一些些冷冷轧轧钢钢板板在在冲冲压压前前表表面面质质量量很很好好，但但冲冲压压后后却却在在某某些些部部分分形形成成皱皱折折，这这是是一一种种水水波纹状的表面缺陷，称为波纹状的表面缺陷，称为滑移线滑移线。2023/9/2214滑滑移移线线的的出出现现破破坏坏了了构构件件的的外外观观，甚甚至至在在涂漆以后仍然可以看出，故必须消除。涂漆以后仍然可以看出，故必须消除。消消除除的的办办法法是是对对于于一一些些冲冲压压用用的的钢钢板板退退火火后后，进进行行变变

7、形形量量约约为为0.80.81 1.5.5的的冷冷轧轧，即即平平整整加加工工。其其目目的的是是使使钢钢板板的的屈屈服服在在冷冷轧轧过过程程中中完完成成，使使钢钢板板处处于于正正常常的的加加工工硬硬化化状状态态，从从而而在在以以后后的的冲冲压压过过程程中中变变形均匀，以免出现皱折。形均匀，以免出现皱折。2023/9/2215屈服现象的产生原因屈服现象的产生原因：一般认为，钢中一般认为，钢中C、N原子与位错原子与位错相互作用产生的相互作用产生的“柯氏气团柯氏气团”有关。有关。2023/9/2216二、构件用钢的冷脆现象二、构件用钢的冷脆现象冷冷脆脆现现象象：随随着着试试验验温温度度的的降降低低，构

8、构件件用用钢钢的的屈屈服服点点显显著著升升高高，且且出出现现断断裂裂特特征征，由由宏宏观观塑塑性性破破坏坏过过渡到宏观脆性破坏，这种现象称为冷脆。渡到宏观脆性破坏，这种现象称为冷脆。构构件件生生产产及及使使用用过过程程中中，往往往往存存在在着着尖尖锐锐的的缺缺口口，甚甚至至裂裂缝缝。带带有有尖尖锐锐缺缺口口或或裂裂缝缝的的构构件件，上上述述断断裂裂形形式式的的过过渡渡可可能能在在一一般般的的气气温温条条件件下下即即能能产产生生，而而且其断裂应力往往低于室温下的屈服极限且其断裂应力往往低于室温下的屈服极限。2023/9/2217 评定指标：评定指标：冷脆转变温度，又称脆性转折温度。冷脆转变温度，

9、又称脆性转折温度。是是组组织织敏敏感感的的参参数数。晶晶体体结结构构、强强度度、合合金金元元素素及及晶晶粒粒大大小小等等均均有有影影响响。变变形形速速度度、试试件件尺尺寸寸、应力状态及缺口形式等也有一定的影响。应力状态及缺口形式等也有一定的影响。实际意义：实际意义：构构件件用用钢钢在在常常温温拉拉伸伸时时能能表表现现出出很很好好的的极极限限塑塑性性，因因此此曾曾经经认认为为按按照照钢钢材材的的屈屈服服点点设设计计的的各各种种构构件件是安全的。是安全的。但但在在生生产产实实际际中中，一一系系列列低低碳碳构构件件(船船舶舶、桥桥梁梁、容容器器等等)在在较较低低使使用用温温度度下下发发生生的的引引起

10、起严严重重后后果果的的冷冷脆脆事事故故，使使人人们们认认识识到到只只根根据据常常规规拉拉伸伸性性能能数据数据还不能全面评价构件用钢的性能。还不能全面评价构件用钢的性能。2023/9/2218 冷脆的防止冷脆的防止：1 1.合合金金元元素素可可使使脆脆性性转转折折温温度度下下降降。如如NiNi、MnMn、AlAl等使之下降，而等使之下降，而C C、SiSi使之上升使之上升 2 2.细化晶粒细化晶粒 3 3.更换基体材料更换基体材料2023/9/2219三、构件用钢的应变时效、淬火三、构件用钢的应变时效、淬火 时效及蓝脆时效及蓝脆 时时效效：构构件件用用钢钢加加热热到到Ac1Ac1以以上上进进行行

11、淬淬火火(快快冷冷)或或经经塑塑性性变变形形后后，在在放放置置过过程程中中，钢钢的的力力学学性性能能和和物物理理性性能能将将随随时时间间而而变变化化。通通常常强强度度、硬硬度度增增高高，塑塑性性、韧韧性性下下降降，并并提提高高钢钢的的脆脆性性转折温度，转折温度，这种现象称为时效。这种现象称为时效。塑性变形后的时效称为应变时效；塑性变形后的时效称为应变时效；淬火后的时效称为淬火时效；淬火后的时效称为淬火时效；在在一一般般气气候候条条件件下下的的时时效效称称为为自自然然时时效效；在较高温度下进行的时效称为人工时效在较高温度下进行的时效称为人工时效。2023/9/2220 时效的危害：时效的危害：对

12、塑性变形：对塑性变形：应应变变时时效效一一般般应应视视为为一一种种不不利利的的现现象象。在在生生产产中中的的弯弯角角、卷卷边边、冲冲孔孔、剪剪裁裁等等过过程程中中产产生生局局部部塑塑性性变变形形的的工工艺艺操操作作，由由于于应应变变时时效效会会使使局局部部地地区区的的断断裂裂抗抗力力降降低低，增增加加构构件件脆脆断断的的危危险险性性。应应变变时时效效还还给给冷冷变变形形工工艺艺造造成成困困难难，裁裁剪剪下下的的毛毛坯坯如如过过一一段段时时间间再再进进行行下下道道冷冷变变形形工工序序，往往往往因因为为裁裁剪剪边边出出现现裂缝而报废裂缝而报废。对焊接成型：对焊接成型：焊焊接接构构件件热热影影响响区

13、区的的温温度度可可以以达达到到淬淬火火以以上上温温度度而而产产生生淬淬火火时时效效。此此时时，钢钢的的显显微微组组织织没没有有明明显显变变化化，但但其其力力学学性性能能也也发生类似于应变时效的变化发生类似于应变时效的变化。2023/9/2221蓝脆现象蓝脆现象n低低碳碳钢钢在在300300400400的的温温度度范范围围内内却却出出现现反反常常的的抗抗拉拉强强度、硬度升高，而延伸率、断面收缩率下降度、硬度升高，而延伸率、断面收缩率下降的现象。的现象。n钢表面有蓝色氧化膜，故称为蓝脆。钢表面有蓝色氧化膜，故称为蓝脆。n蓝蓝脆脆现现象象是是由由于于塑塑变变时时位位错错运运动动速速度度与与该该温温度

14、度下下固固溶溶的的C C、N N原原子子的的移移动动速速度度几几乎乎相相等等造造成成的的，所所以以应应变变时时效效与与塑塑性性变变形同时发生。形同时发生。2023/9/22222.2 2.2 构件用钢的工艺性能构件用钢的工艺性能一、冷变形性能一、冷变形性能二、焊接性能二、焊接性能2023/9/2223一、构件用钢的冷变形性能一、构件用钢的冷变形性能钢材的冷变形性能包括三个方面：钢材的冷变形性能包括三个方面：钢钢材材的的变变形形抗抗力力，它它决决定定钢钢材材制制成成必必要要形形状状的的部件的难易程度；部件的难易程度；钢钢材材在在承承受受一一定定量量的的塑塑性性变变形形时时产产生生开开裂裂或或其其

15、它缺陷的可能性它缺陷的可能性；钢钢材材在在冷冷变变形形后后性性能能的的变变化化，即即危危害害性性或或可可利用性。利用性。2023/9/2224影响因素：影响因素：含含碳碳量量影影响响最最大大，含含碳碳量量增增高高，钢钢中中的的珠珠光光体体量量增增多多，塑塑变变抗抗力力增增高高，而而塑塑性性降低，变形时降低，变形时开裂的倾向性增大开裂的倾向性增大。含含硫硫量量增增高高，钢钢中中的的MnSMnS夹夹杂杂物物增增多多，也也使使钢钢材材变变形形开开裂裂的的倾倾向向增增大大，并并使使轧轧制制钢钢板板纵纵向向及及横横向向的的塑塑性性不不同同。钢钢材材易易于于沿沿着着呈呈条条状状分分布布的的硫硫化化物物夹夹

16、杂杂发发生生开开裂裂或分层或分层。2023/9/2225磷磷有有强强烈烈的的偏偏析析倾倾向向，含含磷磷较较高高的的钢钢板板带带状状组组织织比比较较严严重重，其其性性能能也也有有明明显显的方向性。的方向性。钢材钢材表面质量表面质量也影响冷变形性能，表面也影响冷变形性能，表面上的裂缝、结疤、折叠、划痕等缺陷，上的裂缝、结疤、折叠、划痕等缺陷，往往是冷变形开裂的根源。往往是冷变形开裂的根源。2023/9/2226二、构件用钢的焊接性能二、构件用钢的焊接性能 焊焊接接性性能能也也是是很很重重要要的的工工艺艺性性能能，特特别别是是近近年年来来，随随着着断断裂裂力力学学的的发发展展，人人们们对对焊焊接接性

17、性能能的的重重要性更为重视。要性更为重视。2023/9/2227 焊接材料总是不均质的焊接材料总是不均质的：金金属属在在焊焊接接过过程程中中，其其焊焊缝缝区区、半半熔熔化化区区及及热热影影响响区区发发生生小小范范围围的的复复杂杂冶冶金金过过程程、熔熔化化过过程及热处理过程，使各处形成程及热处理过程，使各处形成不同的组织不同的组织；由由于于热热循循环环及及组组织织变变化化，产产生生一一定定的的焊焊接接残残余应力余应力；焊焊接接过过程程可可能能产产生生未未焊焊透透、气气泡泡、夹夹渣渣、裂裂纹纹等等缺缺陷陷。这这些些复复杂杂的的变变化化必必然然会会影影响响整整个个构构件的承载能力和使用寿命。件的承载

18、能力和使用寿命。2023/9/2228 影响焊接质量的因素：影响焊接质量的因素：构件的结构及焊接工艺构件的结构及焊接工艺材料的焊接性能材料的焊接性能钢材的化学成分钢材的化学成分焊接时形成的组织焊接时形成的组织2023/9/2229 （1 1）马氏体转变脆性）马氏体转变脆性 （2 2）过热及过烧脆性）过热及过烧脆性 （3 3）凝固脆性）凝固脆性 （4 4）热影响区的时效脆性）热影响区的时效脆性由于钢材化学成分和组织的变化而导致由于钢材化学成分和组织的变化而导致焊接构件脆断趋势增加的现象称为焊接构件脆断趋势增加的现象称为焊接焊接脆性。脆性。2023/9/2230（1 1）马氏体转变脆性）马氏体转变

19、脆性 是焊接时造成冷裂纹的主要原因之一。是焊接时造成冷裂纹的主要原因之一。马氏体的形成取决于钢材的淬透性马氏体的形成取决于钢材的淬透性。碳碳是是显显著著增增加加钢钢材材淬淬透透性性的的元元素素，且且还还增增大大马马氏氏体体的的延延迟迟断断裂裂倾倾向向，因因此此在在一一般般碳碳素素构构件件用用钢钢中中应应将将含含碳碳量量控控制制在在0.250.25以以下下，在在普普通通低合金构件用钢中一般不超过低合金构件用钢中一般不超过0.20.2。很很多多合合金金元元素素都都会会增增加加钢钢的的淬淬透透性性，对对焊焊接接性能不利，故对其含量也应加以控制。性能不利，故对其含量也应加以控制。2023/9/2231

20、 碳碳及及合合金金元元素素还还会会降降低低钢钢的的MsMs点点，这这也也是是不不利利的的。MsMs点点最最好好不不低低于于300300。这这是是因因为为在在热热影影响响区区虽虽有有马马氏氏体体转转变变，但但 MsMs点点高高于于300300时时可可产产生生“自自回回火火”现现象象，从而减少了开裂的倾向。从而减少了开裂的倾向。2023/9/2232(2)(2)过烧脆性过烧脆性产生在紧靠熔合线的热影响区。产生在紧靠熔合线的热影响区。防防止止方方法法:限限制制钢钢的的含含碳碳量量，或或者者向向钢钢中中加加少少量量稀稀土土元元素素(如如铈铈)以以固固定定硫硫。稀稀土土硫硫化化物物可可以以降低钢对过烧脆

21、性的敏感性。降低钢对过烧脆性的敏感性。过过热热脆脆性性易易产产生生在在离离熔熔合合线线较较远远的的热热影影响响区区，可可降降低低钢钢的的塑塑性性，增增加加冷冷脆脆倾倾向向性性。向向钢钢中中加加入入少少量量MoMo、V V、TiTi、NbNb等等强强碳碳化化物物形形成成元元素素时时，可阻止晶粒长大，并减小过热敏感性。可阻止晶粒长大，并减小过热敏感性。2023/9/2233（3 3）凝凝固固脆脆性性一一般般以以热热裂裂纹纹的的形形式式表表现现出出来。来。l引引起起凝凝固固脆脆性性的的主主要要元元素素是是S S、P P、SiSi等等，C C、NiNi、CuCu也有促进作用。也有促进作用。l减减小小凝

22、凝固固脆脆性性元元素素：TiTi、ZrZr或或CeCe能能形形成成球状的硫化物并提高其熔点。球状的硫化物并提高其熔点。2023/9/2234 （4 4）热热影影响响区区的的时时效效脆脆性性也也可可能能成成为为构构件件用用钢钢在在使使用用过过程程中中的的开开裂裂源源，必必须须充充分分注注意意。为为此此，向向钢钢中中加加入入AlAl、V V、TiTi、NbNb等等元元素素，以以抑抑制制时时效敏感性。效敏感性。综综上上所所述述，焊焊接接会会带带来来很很多多缺缺陷陷或或脆脆性性而而使使构构件件的的承承载载能能力力降降低低，因因此此必必须须改改善善焊焊接接性性能能。钢钢中中的的碳碳及及合合金金元元素素都

23、都易易使使焊焊接接性性能能下下降降，这这便便是是要要求求构构件件一一般般应应为为低低碳碳、低低合合金金的的主主要要原原因之一。因之一。2023/9/22352.3 构件用钢耐大气腐蚀性能构件用钢耐大气腐蚀性能 使用环境易被腐蚀使用环境易被腐蚀 保护措施较差保护措施较差 用量大用量大尼米兹核动力航母0012023/9/2236一、大气腐蚀过程一、大气腐蚀过程电化学腐蚀过程形成原电池电化学腐蚀过程形成原电池构构件件用用钢钢在在大大气气中中的的腐腐蚀蚀又又与与一一般般的的原原电电池腐蚀有所不同。池腐蚀有所不同。2023/9/2237 微微电电池池现现象象是是指指在在一一块块钢钢板板里里构构成成有有许

24、许多多个个微微小小的原电池，从而引起钢板腐蚀的现象。的原电池，从而引起钢板腐蚀的现象。2023/9/2238例例如如碳碳钢钢在在水水中中的的电电化化学学过过程程便便形形成成腐腐蚀蚀，因因为为钢钢中中铁铁素素体体的的电电极极电电位位低低于于渗渗碳碳体体的的电电极极电电位位，铁铁素素体体构构成成微微电电池池的的阳阳极极，渗渗碳碳体体为为阴阴极极。阳阳极极是是溶溶解解极极：2Fe2Fe2Fe2Fe2+2+4e+4e。电电子子向向阴阴极极FeFe3 3C C移移动动，与与介介质质中中的的O O2 2和和H H2 2O O作作用用形形成成氢氢氧氧离离子子，即即4e+2H4e+2H2 2O+OO+O2 2

25、4OH4OH。FeFe2+2+在在介介质质中中与与OHOH相相遇遇又又形形成成Fe(OH)Fe(OH)2 2，即即整整个个过过程程为为2Fe+O2Fe+O2 2+2H+2H2 2O2Fe(OH)O2Fe(OH)2 2，这这样样钢钢铁铁在在水水中中不不断断得得到到腐腐蚀蚀。合合金金中中各各种种元元素或组织在电解质中会构素或组织在电解质中会构成多电极的微电池电化学腐蚀。成多电极的微电池电化学腐蚀。2023/9/2239二、提高构件用钢耐大气腐蚀的途径二、提高构件用钢耐大气腐蚀的途径1.1.减少微电池数量（低碳）减少微电池数量（低碳）2.2.提高基体的电极电位（高成本）提高基体的电极电位（高成本）3

26、.3.利用钝化效应（利用钝化效应（CuCu与与P P复合）复合）2023/9/2240 1.1.减少微电池数量减少微电池数量 微微电电池池数数量量越越多多，则则腐腐蚀蚀速速度度越越快快，故故为为了了减减慢慢腐腐蚀蚀速速度度，应应减减少少微微电电池池数数目。目。C C与与S S含含量量增增多多时时，会会使使第第二二相相质质点点(碳碳化化物物与与硫硫化化物物)数数量量增增多多，从从而而导导致致腐蚀速度加快。腐蚀速度加快。所所以以应应对对构构件件用用钢钢的的含含碳碳量量和和含含硫硫量量加加以以限限制制。这这也也是是要要求求构构件件用用钢钢应应是是低碳钢低碳钢的重要原因之一。的重要原因之一。2023/

27、9/22412.2.提高基体的电极电位提高基体的电极电位 基基体体与与第第二二相相的的电电极极电电位位差差越越大大，则则腐腐蚀蚀速速度度越越快快。为为了了减减慢慢腐腐蚀蚀速速度度，应应力力求求提提高高基基体体的的电电极极电电位位，以以抑抑制制阳阳极极反反应应。从从这这一一角角度度出出发发，可可向向钢钢中中加加入入能能与与-Fe-Fe形形成成固固溶溶体体并并能能提提高高其其电电极极电电位位的的合合金金元元素素(例例如如CrCr、NiNi、TiTi等等元素）。但这种办法的缺点是提高了钢的成本。元素）。但这种办法的缺点是提高了钢的成本。2023/9/22423.3.利用钝化效应利用钝化效应 钝钝化化

28、效效应应是是指指通通过过改改变变钢钢表表面面状状态态而而造造成成基基体体金金属属表表面面部部分分电电极极电电位位升升高高的的现现象象。最最常常采采用用的的钝钝化化措措施施是是在在金金属属表表面面形形成成一一层层致致密密的的氧氧化化膜膜。这这种种氧氧化化膜膜使使钢钢的的表表面面与与电电介介质质隔隔开开，从从而而使使阳阳极极反反应应受受到到阻阻碍碍。一一般般认认为为CrCr是是最最有有效效的的钝钝化化元元素素，但但成成本本较较高高，发发展展量量大大面面广广的的构构件件用用钢钢不不宜宜走这一条路。走这一条路。2023/9/2243 CuCu含含量量达达到到一一定定数数量量时时，可可以以促促进进钝钝化

29、化效效应。应。原原因因：在在室室温温下下CuCu在在-Fe-Fe中中的的溶溶解解度度较较小小，约约为为0.2%0.2%时时，便便有有CuCu原原子子以以游游离离状状态态在在钢钢的的表表面面析析出出，形形成成均均匀匀、弥弥散散分分布布的的富富CuCu相相。CuCu的的电电极极电电位位比比较较高高，这这样样就就增增加加了了微微电电池池的的阴阴极极接接点点，弥弥散散均均匀匀分分布布的的CuCu阴阴极极接接点点有有利利于于迅迅速速在在构构件件用用钢钢表表面面上上形形成成一一层层比比较较致致密密的的氧氧化化膜膜而产生钝化作用。而产生钝化作用。2023/9/2244 少少量量的的铜铜(0.20.2）溶溶入

30、入-Fe-Fe中中提提高高-Fe-Fe的的电极电位，也有利于提高抗蚀性电极电位，也有利于提高抗蚀性。0.1%0.1%0.15%0.15%的的CuCu便可使腐蚀速度显著下降。便可使腐蚀速度显著下降。达到达到0.25%0.25%左右，则抗蚀性可提高左右，则抗蚀性可提高l l倍以上。倍以上。CuCu含含量量过过高高(如如CuCu0.5%)0.5%)易易使使钢钢产产生生热热脆脆现现象。象。通通常常在在耐耐大大气气腐腐蚀蚀用用钢钢中中CuCu含含量量在在0.2%0.2%0.5%0.5%，特特别别是是CuCu与与P P复复合合存存在在时时效效果果更更好好，以以P0.1%+Cu0.3%P0.1%+Cu0.3

31、%效效果果最最佳佳。值值得得注注意意的的是是P P含含量量过高会增加钢的脆性，应加以控制。过高会增加钢的脆性，应加以控制。工程结构钢包括工程结构钢包括碳素钢碳素钢和和低合金高强度钢低合金高强度钢。低合金高强度钢是指在碳含量低于低合金高强度钢是指在碳含量低于0.25%0.25%（质（质量分数，下同）的普通碳素钢的基础上，通过添量分数，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（加一种或多种少量合金元素（低于低于3%3%），使钢的），使钢的强度明显高于碳素钢的一类工程结构用钢，统称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。低合金高强度钢。2023/9/22462.4

32、 碳素构件用钢碳素构件用钢l碳碳素素构构件件用用钢钢又又称称普普碳碳钢钢，其其产产量量约约占占钢钢总总产产量量的的70%70%80%80%，其其中中大大部部分分用用作作钢钢的的结结构构件件，少少量量用作机器零件。用作机器零件。l由由于于普普碳碳钢钢易易于于冶冶炼炼，价价格格低低廉廉，性性能能也也基基本本满满足了一般构件的要求，所以工程上用量很大。足了一般构件的要求，所以工程上用量很大。l普普碳碳钢钢常常以以热热轧轧状状态态供供货货，一一般般不不经经热热处处理理强强化化。为为了了满满足足工工艺艺性性能能和和使使用用性性能能的的要要求求，其其含含碳碳量量一般小于一般小于0.2%0.2%。471、碳

33、素工程结构钢的分类、成分及性能特点、碳素工程结构钢的分类、成分及性能特点 1)1)编号编号 Q Q屈服点质量等级脱氧屈服点质量等级脱氧 Q Q：表示屈服强度：表示屈服强度 屈服点：分为屈服点：分为5 5个等级：个等级：195195，215215，235235，255255，275275（MPaMPa）2023/9/2248等等级级符符号号是是指指这这类类钢钢所所独独用用的的质质量量等等级级符符号号。也也是是按按S、P杂杂质质多多少少来来分分。以以A、B、C、D四四个符号代表四个等级。个符号代表四个等级。A级级ws0.05，wp0.045B级级ws0.045，wp0.045C级级ws0.04，w

34、p0.04D级级ws0.035，wp0.035492)2)特点：特点：(1)(1)碳含量较低。碳含量较低。0.06-0.38%C0.06-0.38%C(2)(2)热轧态供货，不需热处理，组织为热轧态供货，不需热处理，组织为F FP P。(3)S(3)S，P P含量随质量等级提高而减少。含量随质量等级提高而减少。3)3)用途用途 主要用于工程结构钢。主要用于工程结构钢。产量大。产量大。2、常用碳素工程结构用钢、常用碳素工程结构用钢3）Q235 C量适中，是最通用的工程构件用钢之一，具有量适中，是最通用的工程构件用钢之一，具有 一定的强度、塑性及良好的焊接性；一定的强度、塑性及良好的焊接性；5）Q

35、275 C、Si、Mn含量较高，具有较高的强度及硬度含量较高，具有较高的强度及硬度 较好的塑性及耐磨性，而塑性较低。较好的塑性及耐磨性，而塑性较低。4）Q255 良好的强度、塑韧性、焊接性及冷热压力加工。良好的强度、塑韧性、焊接性及冷热压力加工。2）Q215 C、Mn含量低，强度不高，塑韧性好，同时具含量低，强度不高，塑韧性好，同时具有良好的焊接性能及工艺成型性。有良好的焊接性能及工艺成型性。1）Q195 C、Mn含量低，强度不高，塑韧性高；含量低，强度不高，塑韧性高；2023/9/2251 碳素结构钢的牌号和化学成分碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)牌号等级化学成分脱氧方

36、法w(C)%w(Mn)%w(Si)%w(S)%w(P)%不大于Q1950.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,ZQ215A/B0.09-0.150.25-0.550.300.050/0.0450.045F,b,ZQ235A0.14-0.220.30-0.650.300.0500.045F,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/B0.18-0.280.40-0.700.300.050/0.04

37、50.045ZQ2750.28-0.380.50-0.800.350.0500.045Z2023/9/2252GB/T700-1988 标准 GB700-79 标准化学成分和力学性能均须保证 A 类钢 保证力学性能，B 类钢 保证化学成分，C 类钢 保证化学成分及力学性能。Q195 A1；B1Q215 A2；C2Q235 A3；C3Q255 A4；C4Q275 C5碳素结构钢 新、老标准钢号对照2023/9/2253碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)牌号等级拉 伸 试 验冲击试验屈服点s，MPa抗拉强度b/MPa伸长率 s,%温度V型冲击功(纵向)J钢材厚度(直径)，mm钢材厚度

38、(直径),mm164060100150150164060100150150不小于不小于不小于Q195195315-39033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615四、碳素结构钢供货品种四、碳素结构钢供货品种供货品种供货品种：钢板，钢带，钢管，槽钢，角钢，钢板，钢带，钢管，槽钢，角钢，钢轨，钢筋，钢丝等钢轨，钢筋，钢丝等

39、碳素结构钢薄钢板钢管钢带槽钢角钢钢丝钢筋2023/9/22572.5 2.5 低合金高强度钢低合金高强度钢普普通通低低合合金金构构件件用用钢钢，简简称称普普低低钢钢，国国外外称称低低合合金金高高强强度度钢钢。英英文文缩缩写写HSLAHSLA钢钢。尽尽管管国国内内外外叫叫法法不不同同，但但从从成成分分上上都都是是低低碳碳、低合金低合金元素的钢种。元素的钢种。2023/9/2258普普低低钢钢是是为为了了适适应应大大型型工工程程结结构构(如如大大型型桥桥梁梁、大大型型压压力力容容器器及及船船舶舶等等)、减减轻轻结结构构质质量量、提提高高使使用用的的可可靠靠性性及及节节约约钢钢材材的的需需要要而而发

40、发展展起起来来的。的。2023/9/2259一、普低钢一、普低钢合金化合金化基基本本原原则则：低低碳碳，合合金金化化以以MnMn为为主主，适适当当加加入入AlAl、V V、TiTi、NbNb、CuCu、P P及及稀稀土土等等元元素素。其发展方向是多组元微量合金化。其发展方向是多组元微量合金化。2023/9/2260(1)(1)低低碳碳低低合合金金元元素素，基基本本上上不不加加CrCr和和NiNi，是是经经济性能较好的钢种。济性能较好的钢种。(2)(2)主加合金元素是主加合金元素是MnMn，Mn Mn的固溶强化效果较大。的固溶强化效果较大。合金元素在合金元素在-Fe-Fe中的固溶强化次序是：中的

41、固溶强化次序是：SiSi、MnMn较大，较大，Ni Ni次之，次之，W W、MoMo、V V、CrCr较小。较小。2023/9/2261(3)(3)辅加合金元素辅加合金元素A1A1、V V、TiTi、NbNb等等nAlAl形形成成AlNAlN的的细细小小质质点点，以以细细化化晶晶粒粒，提提高高强强度度，降低脆性转折温度。降低脆性转折温度。例例如如，在在C0.15%+Mnl.8%的的钢钢中中，用用Al脱脱氧氧正正火火后后可可使使屈屈服服强强度度达达到到425475MPa，而而Tk下下降降到到-70。n微微量量V V、TiTi、NbNb等等元元素素既既可可产产生生沉沉淀淀强强化化作作用用，还还可可

42、细细化化晶晶粒粒，从从而而使使强强韧韧性性得得以以改改善善。此此类类元元素素所所形形成成的的碳碳化化物物在在高高温温轧轧制制时时可可以以溶溶解解，此此时时细细化化晶晶粒粒效效果果消消失失，TkTk反反而而上上升升。所所以以在在轧轧制制时时必必须须控控制制轧制温度。轧制温度。2023/9/2262(4)(4)为为改改善善钢钢的的耐耐腐腐蚀蚀性性能能，应应加加入入 CuCu和和P P。(5)(5)加加人人微微量量稀稀土土元元素素可可以以脱脱硫硫去去气气，净净化化钢钢材材，并并改改善善夹夹杂杂物物的的形形态态与与分分布布，从而改善钢的机械性能和工艺性能。从而改善钢的机械性能和工艺性能。2023/9/

43、2263二、我国的低合金高强度钢二、我国的低合金高强度钢我我国国列列入入冶冶金金部部标标准准的的普普低低钢钢，按按屈屈服服强强度度 的的 高高 低低 分分 为为 300300MPaMPa级级、350350MPaMPa级级、400400MPaMPa级级、450450MPaMPa级级、500500MPaMPa级级和和650650MPaMPa级六个级别。级六个级别。2023/9/2264(1)300MPa级级l12Mn钢钢在在300MPa级级中中是是一一个个较较好好的的钢钢种种。综综合合机机械械性性能能好好，生生产产工工艺艺简简单单。可可用用于于船船舶舶、容容器器、油油罐罐和和其其它它金金属属结结构

44、构。加加热热至至450时时，其其屈屈服服强强度度还还可可维维持持在在200210MPa。国国内内很很多锅炉厂采用此钢。多锅炉厂采用此钢。l09MnNb钢钢 在在09Mn2钢钢基基础础上上，以以Nb代代替替部部分分Mn而而发发展展起起来来的的。加加入入少少量量的的Nb(0.050.5)可可细细化化晶晶粒粒，并并有有NbC的的析析出出强强化化作作用用。多多用于用于桥梁及车辆桥梁及车辆。2023/9/2265(2)350MPa级级16Mn钢钢是是发发展展最最早早，使使用用最最多多，最最有有代代表表性性的的钢钢种种。由由于于含含C量量提提高高，因因而而强强度度较较高高，同同时时具具有有良良好好的的综综

45、合合机机械械性性能能和和焊焊接接性性。多多用用于于船船舶舶、桥桥梁梁、车车辆辆、大大型型容容器器、大大型型钢钢结结构构等等。比比使使用用碳碳钢钢可可节节约约钢钢材材2030。12MnPRE(铼铼)钢钢其其中中加加入入少少量量的的P(0.070.12)，提提高高了了扰扰蚀蚀性性，并并有有较较大大的的强强化化作作用用。另另外外加加入入稀稀土土元元素素可可消消除除有有害害杂杂质质，改改善善夹夹杂杂物物的的形形状状及及分分布布，减减弱弱冷脆性。可用于化工容器及建筑结构。冷脆性。可用于化工容器及建筑结构。2023/9/2266(3)400MPa级级l16MnNb钢钢与与16Mn钢钢相相比比，Mn含含量量

46、降降低低了了一一些些。由由于于Nb的的强强化化作作用用，16MnNb钢钢的的强强度度比比16Mn钢钢高高一一级级。综综合合机机械械性性能能与与焊焊接接性性都都比比较好。多用于大型结构及起重机械。较好。多用于大型结构及起重机械。l10MnPNbRE钢钢由由于于Nb及及P的的强强化化作作用用，使使C量量可可以以低低一一些些。P也也使使钢钢的的抗抗蚀蚀性性提提高高。RE起起净净化化钢钢材材的的作作用用，从从而而改改善善钢钢材材质质量量。这这种种钢钢多用于造船、港口建筑结构及石油井架多用于造船、港口建筑结构及石油井架2023/9/2267(4)450MPa级级l14MnVTiRE钢钢由由于于V、Ti的

47、的强强化化作作用用，因因而而屈屈服服强强度度进进一一步步提提高高。该该钢钢经经正正火火后后具具有有良良好好的综合机械性能和焊接性。多用于大型船舶。的综合机械性能和焊接性。多用于大型船舶。l15MnVN钢钢由由于于V、N可可以以细细化化晶晶粒粒，又又具具有有析析出出强强化化作作用用，机机械械性性能能及及焊焊接接性性都都好好。可可用用于大型桥梁，锅炉及车辆等。于大型桥梁，锅炉及车辆等。2023/9/2268(5)500MPa级级l14MnMoVBRE钢钢由由于于Mo及及微微量量B的的作作用用，使使C曲曲线线的的上上部部右右移移，而而对对贝贝氏氏体体转转变变区区影影响响很很小小。正正火火后后可可得得

48、到到大大量量贝贝氏氏体体组组织织，屈屈服服强强度度显显著著提提高高；Mn，V都都有有强强化化作作用用，RE不不仅仅净净化化钢钢材材，而而且且使使钢钢材材表表面面的的氧氧化化膜膜致致密密，因因而而使使钢钢材材具具有有一一定定的的耐耐热热性性，可可在在5000C以以下下使使用用。多多用用于于石石油油、化化工工的中温高压容器。的中温高压容器。l18MnMoNb钢钢，Nb和和Mo都都能能提提高高钢钢的的热热强强性性。这这种种钢钢经经过过正正火火和和回回火火或或调调质质后后使使用用。正正火火温温度度为为9509800C，回回火火温温度度为为600650C。调调质质规规范范为为930淬淬火火和和60062

49、0C回回火火。18MnMoNb钢钢的的强强度度高高，综综合合机机械械性性能能和和焊焊接接性性好好，适适合合用用作作化化工工石石油油工工业业用用的的中中温温高高压压厚厚壁壁容容器器和和锅锅炉炉等等，可可在在500C以下工作。此钢还用于做大锻件，如水轮机大轴。以下工作。此钢还用于做大锻件，如水轮机大轴。2023/9/2269(6)650MPa级级14CrMnMoVB钢钢它它是是在在14MnMoVBRE钢钢的的基基础础上上加加入入一一定定量量的的Cr（0.91.3），因因而而强强度度进进一一步步提提高高。它它在在正正火火后后也也得得到到低低碳碳下下贝贝氏氏体体组组织织。强强度度、韧韧性性及及焊焊接接性性都都比比较较满满意意。也也多多用用于于高高温温中中压压(400560C)容器。容器。2023/9/2270三、国外低合金高强度钢的概况三、国外低合金高强度钢的概况l国外一般称低合金高强度钢为国外一般称低合金高强度钢为“HT”钢钢合金元素的加入量少合金元素的加入量少强度极限大于强度极限大于500MPa屈服极限大于屈服极限大于320MPa焊接性、低温韧性以及抗大气腐蚀性都较好焊接性、低温韧性以及抗大气腐蚀性都较好l国外最典型的低合金高强度钢如表。国外最典型的低合金高强度钢如表。2023/9/2271