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构件用钢

时间: 2011-07-08 20:08 来源: 作者: 点击:
构件用钢是指用于制造各种大型金属结构(桥梁、船舶、锅炉及压力容器等)的钢材,又称为工程用钢。

工作特点:不作相对运动,长期承受静载作用,有一定使用温度要求,长期与大气或海水接触。

性能要求:

(1) 力学性能:刚度,强度,塑性,缺口敏感性及低温脆性。
(2) 化学性能:耐腐蚀性。
(3) 加工性能:良好的冷变形和焊接性要求。

1 构件用钢的力学性能特点

构件用钢力学性能三大特点:屈服现象,冷脆现象和时效现象。

1.1屈服现象

钢材经屈服后(冲压)表面质量下降,一般认为屈服现象与钢中C、N原子与位错相互作用产生的“柯氏气团”有关。减少钢中C、N原子含量或增加强碳化物形成元素,抑制柯氏气团形成,可减小屈服产生的表面皱折。

1.2冷脆现象

在低于脆性转变温度(TK)时发生脆性断裂。

1.3时效现象

时效:构件用钢加热至Ac1以上进行淬火或经塑性变形后,在放置过程中,钢的力学性能和物理性能将随时间变化。通常是强度、硬度提高,塑性韧性下降,脆性转变温度提高。

塑性变形后称应变时效,淬火后称淬火时效,一般气候条件下称自然时效,较高温度下称人工时效。

冶标YB30-64规定了低碳钢应变时效敏感性的试验方法。通常把钢在应变时效前后的冲击韧性之百分比C作为钢的时效敏感性的衡量标准:

钢材应变时效敏感性主要与固溶于α-Fe中的少量C、N原子有关,特别是N。因此,应控制C、N含量,加入强碳,氮化物形成元素。

2 构件用钢的工艺性能

2.1构件用钢的冷变形性能

构件用钢需要冷变形。冷变形后,强度增高,塑性降低。

三层含义

(1) 变形抗力,决定钢材制成必要开头的部件的难易程度。
(2) 承受一定量的塑性变形时产生开裂或其它缺陷的可能性。
(3) 钢材在冷变形后性能的变化。

2.2构件用钢的焊接性能

用碳当量和焊接敏感性系数衡量。

3 构件用钢耐大气腐蚀性能

3.1 大气腐蚀过程

微电池现象。

3.2 提高构件用钢耐大气腐蚀的途径

(1)减少微电池数量
(2)提高基体的电极电位
(3)得用钝化效应

4 碳素构件用钢

普碳钢分为Q195,Q215,Q235,Q255,Q275。钢材厚度<16mm的屈服强度。

按脱氧程度和浇注方法分为沸腾钢,镇静钢和半沸腾钢。

镇静钢:偏析程度小,含气体量少,质量较高。成材率低,成本高。
沸腾钢:成材率高,成本低。冲击韧性,冷脆倾向性,时效敏感性和焊接性差。

半沸腾钢介于镇静钢和沸腾钢之间。

沸腾钢水韧处理降低时效。普碳钢在950℃加热后水冷和400℃回火处理。

生产上为了适应特殊用途需要,在普碳钢基础上进一步提出某些特殊的要求,从而形成一系列专用的构件用钢。

锅炉用钢20g,22g

船舶用钢C10,C20

5 普通低合金结构钢

加入少量合金,减轻结构质量。

按屈服强度高低分为300Mpa,350Mpa,400,450,500,650Mpa。

化学成分特点:

(1) 低碳低合金元素,基本上不加Cr和Ni。
(2) 主加合金元素是Mn。
(3) 辅加合金元素Al,V,Ti,Nb
(4) 加入Cu和P防大气腐蚀
(5) 稀土元素脱硫去气,净化钢材,改善夹杂物的形成与分布,从而改善钢的机械性能和工艺性能。

6 进一步提高普低钢力学性能途径

6.1发展低碳贝氏体型普低钢

贝氏体型普低钢焊接性好。

14MnMoV,14MnMoVBRe,14CrMnMoVB

加入推迟珠光体转化的合金元素,从而保证热轧空冷(正火)条件下获得下贝氏体组织。

0.5%Mo+0.003%B

6.2采用低碳索氏体型普低钢

易于焊接

低碳低合金钢淬火获得低碳马氏体+高温回火=低碳回火索氏体组织。

美国T-1型钢

6.3控制轧制的应用

控制轧制:将普低钢加热至高温(1250~1350℃)进行轧制,但终轧温度控制在Ar3附近。

主要目的是细化晶粒,提高轧钢强韧性。

加入的Nb,V元素,产生显著沉淀强化效应,冷脆倾向增大。

6.4发展针状铁素体型普低钢

(1)通过轧制后冷却时形成非平衡的针状铁素体,提供大量的位错亚结构,为以后碳化物的弥散析出创造条件,并可保证夺钢管在原板形成时有较大的加工硬化效应,以防止因包申格效应引起的强度降低。

(2)利用Nb(C、N)等为强化相,使之在轧制后冷却过程中,以及在575~650℃时效时从铁素体中弥散析出造成弥散强化。

(3)采用控制轧制细化晶粒,将终轧温度降至740~780℃(Ar3附近),并使在900℃以下的形变量达到65%以上,在每道轧制后用喷雾快冷,以防止碳化物从奥氏体中析出而减弱时效强化效果。(end)

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