工程结构钢上课讲义.ppt

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1、工程结构钢工程结构钢的主要性能要求是：1、承受各种载荷，要求有较高的屈服强度、良好的塑性和韧性。2、由于工作环境是暴露在大气中，温度可低到零下50℃，故要求低温韧性，并要求耐大气腐蚀。3、要有良好的工艺性能，如冷弯、冲压、剪切，以及良好的焊接性等。第一节工程结构钢的合金化原理一、低碳：由于低温韧性、焊接性和冷成型性能的要求高，其碳质量分数一般不超过0.25％。原因是：1、低温韧性：随着钢的含碳量增加，钢中珠光体含量相应增加。珠光体由于有大量脆性的片层状渗碳体，因而有高的韧一脆转化温度，一般在100℃以上。钢中每增加1％体积珠光体，将使FATT50（℃）升高2.2℃。2、焊接性

2、钢的焊接性的好坏主要决定于钢的淬透性和淬硬性，这两者取决于钢的合金元素含量和含碳量。碳是最有害的元素。C当量=w(C)+w(Mn)/6+w(Si)/24+w(Ni)/15+w(Cr)/5+w(Mo)/4+w(Cu)/13+w(P)/2+w(V)/10根据公式来看，当钢中含锰量为1.6％时，就相当于含碳量0.25％。由于当碳含量大于0.47%时，焊缝热影响区的硬度达到350HV，易产生裂纹，所以这时钢中的含碳量本身就不应当超过0.20％，只有这样才能保证良好的可焊性。二、加入以锰为主的合金元素：锰除了产生较强的固溶强化效果外，还可细化铁素体晶粒，并使珠光体片变细，消除晶界上的粗

3、大片状碳化物，提高钢的强度和韧性。一般锰含量不超过2％。硅在钢中不形成碳化物，也不溶于渗碳体中，而几乎全部溶于铁素体，在铁素体中同锰一起起固溶强化作用，硅含量大于0.4％时就开始被认为是合金元素。三、加入铌、钛或钒等辅加元素：少量的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物，阻碍钢热轧时奥氏体晶粒的长大，有利于获得细小的铁素体晶粒；另外，热轧时部分固溶在奥氏体内，而冷却时弥散析出，可起到一定的析出硬化作用，从而提高钢的强度和韧性。四、加入少量铜（＜0.4％）和磷（0.1％左右）等，可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土元素，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能。工程结构钢中的合

4、金元素对强化的贡献包括：1、溶入铁素体起固溶强化；2、细化晶粒起细晶强化；3、析出弥散的碳化物、碳氮化物，起沉淀强化；4、增加珠光体含量。第二节碳素工程结构钢碳素结构钢的用途：1、Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，有一定的强度。通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉等。2、Q235C、Q235D可用于重要的焊接件。3、Q235、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。碳素结构钢主要保证机械性能。一般情况下，在热轧状态使用，不再进行热处理。但对某些零件，也可以进行正火、调质、渗碳等处理，以提高其使用性能。

5、第三节高强度低合金钢一、高强度低合金钢概述是一种含有少量合金元素、具有较高强度的结构钢。“低合金”是指钢中合金元素总含量不超过3％；“高强度”是对应于普通碳钢而言。采用控制轧制工艺，把轧钢与热处理结合起来，可获得良好的综合性能。一般屈服强度在400MPa以下的钢材多数是在热轧状态下使用，不必热处理。二、高强度低合金钢的分类按用途常分为：一般建筑结构钢、钢筋钢、耐蚀钢、低温用钢、耐磨钢和钢轨钢等。按照在使用状态下应具有的金相组织进行分类，一般分为三类：1、铁素体-珠光体钢（345~440MPa）；2、低碳贝氏体钢（490~780MPa）；3、低碳马氏体钢（860~1116MPa

6、）。铁素体—珠光体钢这类钢服役时的显微组织是铁素体—珠光体。1、较低强度级别的铁素体一珠光体钢以16Mn最具代表性，属于345MPa级别，强度比普通碳素结构钢Q235高约20％～30％，耐大气腐蚀性能高20％～38％。用它来制造工程结构时，重量可减轻20％～30％。低温性能较好。2、15MnTi、16MnNb、15MnV钢属于390MPa级别，利用加入微量钛、铌、钒起细化晶粒和沉淀强化作用。这类钢用于制造桥梁、船舶、容器。3、15MnVN钢属于440MPa级别，是中等级别强度钢中使用最多的钢种。钢中加入V、N后，生成钒的氮化物，可细化晶粒，又有析出强化的作用，强度有较大提高，

7、而且韧性、焊接性及低温韧性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。微合金钢微合金钢是70年代以来发展起来的一大类高强度低合金钢。从广义来说，凡是在基体化学成分中添加了微量（不大于0.20％）的合金元素（钛、铌、钒），从而使其一种或几种性能具有明显变化的钢，都可称为微合金钢。其关键是细化晶粒和沉淀强化。为了充分发挥微合金元素钛、铌、钒的作用，同时发展了与之配套的控制轧制和控制冷却生产工艺。微合金元素在控制轧制和控制冷却生产工艺过程中，对微合金钢的组织和性能产生很大的影响。低碳贝氏体钢强度级别超过