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1、工程材料学工程构件用钢第1页，此课件共32页哦第一节工程构件用钢的使用性能第一节工程构件用钢的使用性能 一一.力学性能特点力学性能特点1.1.工程构件的屈服现象：工程构件的屈服现象：工程构件的屈服现象：工程构件的屈服现象：为为何何出出现现这这种种现现象象：金金属属的的塑塑性性变变形形过过程程，软软位位向向（少少量量晶晶粒粒）中中处处于于与与应应力力成成45滑滑移移面面上上的的位位错错先先移移动动；挣挣脱脱且且CN钉钉扎扎后后，所所需需应应力力小小或或不不变变；而而变变形形还还在在继继续续；当当已已移移动动的的位位错错造造成成的的应应力力场场足足以以使使周周围围晶晶粒粒（硬硬位位向向）中中位位错
2、错移移动动时时，其其他他滑滑移移面面上位错与软位错一起运动，即：晶粒均塑变，均匀变形。上位错与软位错一起运动，即：晶粒均塑变，均匀变形。实际应用中：实际应用中：（钢材扎制）冷轧钢板时出现皱折（钢材扎制）冷轧钢板时出现皱折第2页，此课件共32页哦2.冷脆现象冷脆现象：构构件件在在低低温温使使用用时时，发发生生脆脆性性断断裂裂时时的的应力小于屈服极限。应力小于屈服极限。原因：存在冷裂纹，缺口，淬火时效，原因：存在冷裂纹，缺口，淬火时效，应变时效的钢应变时效的钢(低碳钢低碳钢)使使Tk，在使用，在使用T下，处于解理断裂区，脆性下，处于解理断裂区，脆性，冷脆倾，冷脆倾向性的大小用向性的大小用Tk来衡量
3、来衡量（Tk是光滑试样是光滑试样测得的）测得的）第3页，此课件共32页哦v影响影响Tk的因素的因素a构件表面质量构件表面质量b构件的冶金质量构件的冶金质量c构件的晶粒度构件的晶粒度d合金元素合金元素第4页，此课件共32页哦3.工程构件用钢的应变时效工程构件用钢的应变时效 概概念念：构构件件钢钢在在塑塑性性变变形形后后（高高温温Ac1以以下下）放放置置，其其（力力学学性性能能）强强度度，硬硬度度等等塑塑性性变变形形抗抗力力指指标标增增高高，而而极极限限塑性和韧性等断裂抗力指标降低的现象，称应变时效。塑性和韧性等断裂抗力指标降低的现象，称应变时效。危害：危害：危害：危害：a.使使材材料料的的断断裂
4、裂抗抗力力降降低低，成成为为裂裂纹纹的的起起源源，局局部部变变形形，卷边，冲孔，剪裁。卷边，冲孔，剪裁。b.给给冷冷变变形形工工艺艺造造成成困困难难：硬硬，脆脆，继继续续加加工工难难度度大大，有有的无法加工。的无法加工。第5页，此课件共32页哦 控制：控制：控制：控制：a.C,N（用低（用低C钢），加入碳化物形成元素（钢），加入碳化物形成元素（Al，V，Ti，Mo），可控制或消除应变时效。），可控制或消除应变时效。b.冶炼方法，浇铸方法：平炉钢的时效敏感性侧吹冶炼方法，浇铸方法：平炉钢的时效敏感性侧吹转炉钢转炉钢镇静钢的时效敏感性沸腾钢镇静钢的时效敏感性沸腾钢衡定指标：应变时效前后的衡定指标：
5、应变时效前后的ak、HRB值差与原值相值差与原值相比的百分数。比的百分数。第6页，此课件共32页哦4.4.淬火淬火淬火淬火时效时效含义含义：淬火后放置时，使：淬火后放置时，使s，HB，T，k的的现现象象原原因因：淬淬火火时时效效是是过过饱饱和和C，N脱脱溶溶的的结结果果：共共格格Fe2.4C-Fe16N2-脆脆性性大大，（高温，（高温，过时过时效，效，Fe2.4C-转变转变Fe3C,Fe16N2-转变转变Fe4N且且长长大）大）应应用用：焊焊接接热热影响区的影响区的淬火淬火淬火淬火时效时效热热循循环环（加（加热热，冷却），构件开裂，冷却），构件开裂5.5.蓝蓝蓝蓝脆：脆：脆：脆：在低碳在低碳钢
6、钢中在中在200-350时时，光亮的，光亮的钢钢表面存在表面存在蓝蓝的的颜颜色，色，测测力学性力学性质质发现发现，塑性，塑性，韧韧性性，强强度度，这这种种现现象称象称蓝蓝脆。脆。第7页，此课件共32页哦二二 工程构件工程构件钢钢的耐大气腐的耐大气腐蚀蚀性性1.大气腐大气腐蚀过蚀过程程：如图所示如图所示如图所示如图所示电电化学腐化学腐蚀蚀原原电电池池现现象（两象（两块块金属极板）金属极板）构件用构件用钢钢一一块钢块钢板上板上进进行的（两种行的（两种组织组织）微微电电池池现现象象。2.提高构件用提高构件用钢钢的耐大气腐的耐大气腐蚀蚀途径途径：（1）减少微）减少微电电池数量：池数量：S，C，要求是低
7、碳，要求是低碳钢钢（2）提提高高基基体体（-Fe）的的电电极极电电位位：抑抑制制阳阳极极反反应应，-Fe固固溶溶体体，Ni，Ti可溶于可溶于-Fe中，使其中，使其电电极极电电位增高，防止大气腐位增高，防止大气腐蚀蚀。第8页，此课件共32页哦（3）利用利用钝钝化效化效应应 钝钝化效化效应应：指通：指通过过改改变变表面状表面状态态而造成基体金属表面部分而造成基体金属表面部分电电极极电电位增高的位增高的现现象象。钝钝化措施：迅速形成一化措施：迅速形成一层层保保护护膜，使基体金属与膜，使基体金属与电电介介质质隔开，从而隔开，从而使阳板反使阳板反应应受到阻碍受到阻碍Cu（0.2-0.5%）P加入加入钢钢
8、中，也提高中，也提高钢钢的耐腐的耐腐蚀蚀性性Cu+P：Wp：0.06-0.15%；WCu:0.1-0.3%效果最佳，效果最佳，P有益元素有益元素第9页，此课件共32页哦第二节第二节 工程构件用钢的加工工艺性能工程构件用钢的加工工艺性能 一一.冷变形性能冷变形性能1.钢钢材材的的变变形形能能力力：指指制制备备成成必必要要形形状状的的工工件件时时的的难难易易程程度度，塑塑变变抗抗力力CMd设备功率大小不同设备功率大小不同不同变形程度不同变形程度构件钢的构件钢的C、M低，不会对变形造成困难。低，不会对变形造成困难。2.产生开裂（其他缺陷）的可能性：产生开裂（其他缺陷）的可能性：a.k，T不足，是开裂
9、的原因不足，是开裂的原因。s/b来衡量材料塑性失来衡量材料塑性失稳稳的可能性的可能性，s/b高，易塑性失高，易塑性失稳稳一般一般s/b0.7（延伸，弯曲较大变形的钢）（延伸，弯曲较大变形的钢）b.含含C程度高程度高开裂开裂倾倾向大向大（珠光体（珠光体，少）少）c.含含S程度程度高高开裂开裂倾倾向大向大分分层层裂裂纹纹源源d.含含P程度程度高高开裂开裂倾倾向大向大偏析偏析，脆，脆e.表面表面质质量差量差开裂开裂倾倾向大向大裂裂纹纹源源3.冷冷变变形后性能：形后性能：变变形后形后s，塑性，塑性应变时应变时效效s，塑性，塑性第10页，此课件共32页哦二二.焊接性能焊接性能 焊接脆性焊接脆性：由于钢材
10、的成分和组织的变化而导致焊接由于钢材的成分和组织的变化而导致焊接构件脆断趋势增加的现象，即焊接脆性构件脆断趋势增加的现象，即焊接脆性。1.马马氏氏体体转转变变脆脆性性：产产生生热热影影响响区区（HAZ）Ac1以以上上，晶晶粒粒大大，冷冷却却M粗粗大大，使使，应应力力（组组织织、热应热应力）力）经经常出常出现现裂裂纹纹。原原因因：与与C、M有有关关，Cz（合合金金元元素素折折合合成成含含C对对它它的的行行为为影影响响），Cz焊焊接接性性能能（Cz0.4-0.5%焊焊接接困困难难，母母材材预预热热，焊焊后后热热；Cz0.6%预预热热，构构件件保保持持200-400之之间。正火处理）间。正火处理）构
11、件应为低构件应为低C，低合金钢，低合金钢第11页，此课件共32页哦2.凝固脆性凝固脆性 在凝固在凝固过过程中，由于成分和程中，由于成分和结结构构变变化而引起的裂化而引起的裂纹纹。先先结结晶晶纯纯，把把杂杂质质推推向向液液相相，在在晶晶界界偏偏析析，收收缩缩应应力力作作用用下下沿沿着着柱状晶产生热裂纹。柱状晶产生热裂纹。S，P，Si，C，Ni，Cu控制控制。如图如图如图如图3.热热影影响响区区的的时时效效脆脆性性：淬淬火火时时效效，应应变变时时效效（淬淬火火应力使淬角处产生微塑）应力使淬角处产生微塑）4.焊焊接接后后加加热热脆脆性性（开开裂裂）：不不锈锈钢钢，V钢钢，加加热热松松弛弛应应力力时时
12、开开裂裂，往往往往在在融融合合线线附附近近粗粗大大晶晶粒粒区区，焊焊缝缝粗粗大大组组织织中，主要是中，主要是杂质杂质，第二相偏析（相当于第二次回火脆），第二相偏析（相当于第二次回火脆）由由此此看看来来，以以上上这这些些脆脆性性均均是是C，M所所造造成成的的。因因此此，为为了提高保了提高保证焊证焊接性能，构件接性能，构件钢钢往往采用低往往采用低C钢钢，低，低M钢钢。作作业题业题思考思考题题第12页，此课件共32页哦第三节第三节 低合金构件钢低合金构件钢 用途用途：主要制作大量金属构件如主要制作大量金属构件如桥梁、船舶、车辆、桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等（锅炉、高压
13、容器、输油输气管道、大型钢结构等（图图)，它代替碳素结构钢，可大大减轻结构重量，节省钢材，它代替碳素结构钢，可大大减轻结构重量，节省钢材，保证使用可靠，耐久。保证使用可靠，耐久。一一.性能要求性能要求：1.力学性能力学性能第13页，此课件共32页哦2.工工艺艺性性能能：冷冷成成型型性性，焊焊接接性性要要求求好好，要求碳含量要求碳含量150161640406060100100150150不小于不小于不小于不小于不小不小于于Q195(195)(185)3153903332Q215A215205195185175165335410313029282726B2027Q235A2352252152051
14、95185375460262524232221B2027C0D-20Q255A255245235225215205410510242322212019B2027Q275275265255245235225490610201918171615第22页，此课件共32页哦新旧新旧GB700标准牌号对照标准牌号对照GB70088GB70079Q195不分等级，化学成分和力学性能（抗拉强度、伸长率不分等级，化学成分和力学性能（抗拉强度、伸长率和冷弯）均须保证，但轧制薄板和盘条之类产品，力学性和冷弯）均须保证，但轧制薄板和盘条之类产品，力学性能的保证项目，根据产品特点和使用要求，可在有关标准能的保证项目，
15、根据产品特点和使用要求，可在有关标准中另行规定中另行规定1号钢号钢Q195的化学成分与本标准的化学成分与本标准1号钢的乙类钢号钢的乙类钢B1同，力学同，力学性能（抗拉强度，伸长率和冷弯）与甲类钢性能（抗拉强度，伸长率和冷弯）与甲类钢A1同同（A1的冷弯试验是附加保证条件），的冷弯试验是附加保证条件），1号钢没有特类号钢没有特类钢钢Q215A级级B级（做常温冲击试验，级（做常温冲击试验，V型缺口）型缺口）A2C2Q235A级（不做冲击试验）级（不做冲击试验）B级（做常温冲击试验，级（做常温冲击试验，V型缺口）型缺口）C级（作为重要焊接结构用）级（作为重要焊接结构用）D级（作为重要焊接结构用）级（
16、作为重要焊接结构用）A3（附加保证常温冲击试验，（附加保证常温冲击试验，U型缺口）型缺口）C3（附加保证常温或（附加保证常温或20冲击试验，冲击试验，U型缺口）型缺口）Q255A级级B级（做常温冲击试验，级（做常温冲击试验，V型缺口）型缺口）A4C4（附加保证冲击试验，（附加保证冲击试验，U型缺口）型缺口）Q275不分等级，化学成分和力学性能均须保证不分等级，化学成分和力学性能均须保证C5返回第23页，此课件共32页哦v作业及思考题作业及思考题v1低碳钢板采用冷轧工艺时，为何出现表面皱褶？v2淬火时效、应变时效、钝化效应含义v3构件用钢的大气腐蚀效应v4常见的焊接脆性有哪些v5碳钢中常存杂质元
17、素对钢性能有何影响v6碳钢常见的分类方法有哪些？试说明20钢、45、60、Q215-A钢，Q215-B钢，T8钢、T10A钢、T12钢、v7为什么普低钢（低合金结构钢）用Mn作为主要的合金元素？v辅助元素在钢中起什么作用？v8试说明16Mn、15MnVN中合金元素的作用？返回第24页，此课件共32页哦常用低合金高强度结构钢的钢号、成分、性能及用途常用低合金高强度结构钢的钢号、成分、性能及用途（摘自（摘自GB/T1591-1994）钢号钢号化学成分化学成分 w/%厚度厚度或或直径直径/mm机械性能机械性能旧钢号旧钢号应用应用举例举例CMnSiVNbTi其它其它s/MPab/MPa5/%Akv(2
18、0)/JQ2950.160.801.500.550.020.150.0150.0600.020.201616353550295275255390570233409MnV09MnNb09Mn212Mn桥梁，车桥梁，车辆，容器，辆，容器，油罐油罐Q3450.180.201.001.600.550.020.150.0150.0600.020.20161635355034532529547063021223412MnV14MnNb16Mn18Nb16MnRE桥梁，车桥梁，车辆，船舶，辆，船舶，压力容器，压力容器，建筑结构建筑结构Q3900.201.001.600.550.020.200.0150.06
19、00.020.20Cr0.30Ni0.70161635355039037035049065019203415MnV15MnTi16MnNb桥梁，船桥梁，船舶舶起重设备，起重设备，压力容器压力容器Q4200.201.001.700.550.020.200.0150.0600.020.20Cr0.40Ni0.70161635355042040038052068018193415MnVN14MnVTi-RE桥梁，高桥梁，高压容器压容器大型船舶，大型船舶，电站设备，电站设备，管道管道Q4600.201.001.700.550.200.200.0150.0600.020.20Cr0.70Ni0.7016
20、16353550460440420550720返回第25页，此课件共32页哦钢板、钢筋建筑构件螺钉、铆钉钢桥梁返回第26页，此课件共32页哦齿轮螺栓曲轴返回第27页，此课件共32页哦弹簧返回第28页，此课件共32页哦优质碳素结构钢的化学成分（摘自优质碳素结构钢的化学成分（摘自GB/T699-1999）钢号钢号化学成分化学成分w/%CMnSiCr其它其它08F0.050.110.250.500.030.10Ni不大于不大于0.30Cu不大于不大于0.20S不大于不大于0.035P不大于不大于0.035100.070.130.350.650.170.370.15200.170.230.350.65
21、0.170.370.25350.320.390.500.800.170.370.25400.370.440.500.800.170.370.25450.420.500.500.800.170.370.25500.470.550.500.800.170.370.25600.570.650.500.800.170.370.25650.620.700.500.800.170.370.25返回第29页，此课件共32页哦锉刀量规钻头返回第30页，此课件共32页哦碳素工具钢的化学成分（摘自碳素工具钢的化学成分（摘自GB/T1298-1986）钢组钢组钢号钢号化学成分化学成分w/%CMnSiSP优质优质T7
22、0.650.740.400.350.0300.035T80.750.840.400.350.0300.035T8Mn0.800.900.400.600.350.0300.035T90.850.940.400.350.0300.035T100.951.040.400.350.0300.035T121.151.240.400.350.0300.035T131.251.350.400.350.0300.035高级优质高级优质T7A0.650.740.400.350.0200.030T8A0.750.840.400.350.0200.030T8MnA0.800.900.400.600.350.0200.030T9A0.850.940.400.350.0200.030T10A0.951.040.400.350.0200.030T12A1.151.240.400.350.0200.030T13A1.251.350.400.350.0200.030返回第31页，此课件共32页哦容器船舶车辆桥梁储气罐返回第32页，此课件共32页哦