细晶粒结构钢

2/10 细晶粒结构钢Fine-grained steel,主要内容,细晶粒结构钢的应用含ISO18275、EN12534、ISO18276,1 细晶粒结构钢的金属学基础 1.1 金属材料的强化方式,1）析出强化2）固溶强化3）晶界强化4）热处理强化5）冷作硬化,1.2 细晶粒钢的组织和性能,细晶粒结构钢组织和性能与其化学成分、热处理状态 密切相关。利用钢的连续冷却转变图（CCT图）可以很方便的了解这种关系。,C 淬硬性 C+V、Ti、Nb 强度（碳化物） Mn、Ni 固溶强化、M Cr、Mo 强度、淬硬性 N+V、Ti、Nb 弥散强化（氮化物）,细晶粒结构钢热处理主要是为了强化和改善韧性，其处理方式主要是正火（正火刚）和调质处理（调质钢）两种。 正火的目的是为了碳、氮化合物以细小的质点从固溶体中析出，起到沉淀强化作用，同时又起到细化晶粒作用。 调质的目的在于获得回火马氏体或贝氏体组织，使钢得以强化。低碳（C）0.2%回火马氏体具有最佳的综合性能，而贝氏体次之，强度高、韧性好。,按照EN ISO643规定，细晶粒钢根据其热处理状态可分为三类： 正火细晶粒结构钢 标准EN10025-3 热机械轧制细晶粒结构钢 标准EN10025-4 调质细晶粒结构钢 标准EN10025-6,1.3 细晶粒结构钢分类,按照EN ISO643规定，细晶粒钢根据,2 正火细晶粒结构钢,2.1 分类和标记2.2 化学成份2.3 机械性能2.4 正火细晶粒结构钢的焊接,2.1.1主要类别 按照EN10020进行分类，此标准中的钢材级别S275和S355为非合金普通钢，钢的级别为S420和S460为合金特种钢。2.1.2级别和质量 此标准中说明了四种钢级别S275，S355，S420和S460。 所有的钢级别按照咨询和订货时的说明供货：在不低于20的温度下按照所说明的最低冲击功数值，标记N； 在不低于50的温度下按照所说明的最低冲击功数值，标记NL。,标准号（EN 100253）； 标记S（结构钢）；厚度16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示；供货条件N； 大写字母L用于表示在温度不低于50下按照所说明的最低冲击功数值的性质。,2.1.3 标记,例如 ： 在室温条件下根据最低屈服强度355M pa 轧制的正火结构钢（S），在50条件下的最低冲击功数值： EN10025-3 S355 NL或者钢材 EN10025-3 1.0546。,2.4.1正火钢的冷裂倾向 正火钢中合金元素 碳当量 冷裂倾向增大 板厚 2.4.2HAZ区脆化 V、Nb和（C、N）形成的碳氮化合物的析出相溶解到相中，抑制奥氏体长大，但在HAZ的粗晶区，高温停留时间长，细化组织的作用被大大削弱，粗晶区出现粗大晶粒及上贝氏体，M-A组元，再加上粗晶区对碳、氮固溶度的增加，导致韧性的降低和时效敏感性增大。,2.4.4正火细晶粒结构钢填充材料的选择,按等强匹配的原则选择填充材料。以母材EN10025-3 S460N为例，熔化焊时根据焊接方法、要求可选择填充材料如： EN499E464B 即 ISO2560-AE464BEN440G465MG3Si1 即 ISO14341-AG465MG3Si1EN758T4631NiBM 即ISO17632-AT4631NiBM,-特殊镇静钢，无偏析-含V、Nb、Ti时效倾向小，利于组织转变-脆性转变温度低（脆断倾向小）-Re 255-500N/mm2 ,强度高，性能好-细小晶粒的强化，过热倾向小-没有S化物，层状撕裂倾向小,正火细晶粒结构钢特点,3 调质细晶粒结构钢,3.1 分类和标记3.2 化学成份3.3 机械性能3.4 调质细晶粒结构钢的焊接,3.1.1主要类别 EN10025-6（2004）中这些钢是作为热轧钢板和热轧宽板来使用的，对于钢种S460、S500、S550、S620和S690，板厚为3mm至150mm，对于钢种S890，最大厚度为100mm，对于钢种S960最大厚度为50mm，这些均是在调质状态，最低屈服极限由460N/mm2至960N/mm2。,3.1.2级别和质量此标准说明了七种钢材级别。在室温条件下其最低屈服强度有所不同。所有的级别在咨询和订货时按照下述的质量说明供货：（无标记）在不低于20的温度下按照所说明的最低冲击功数值；在不低于40的温度下按照所说明的最低冲击功数值，标记L； 在不低于60的温度下按照所说明的最低冲击功数值，标记L1（不包括S960）;,3.1.3 标记标记应该按照EN10025-1的要求规定：标准号（EN10025-6）； 标记S（结构钢）；厚度50mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示；供货条件Q；大写字母L或者L1用于在不低于-40或者-60的温度下的最低冲击功数值。,例如 ： 结构钢（S）在室温条件下的最低屈服强度为460MPa，调质供货（Q）质量为L： 钢材EN10025-6S460QL 或钢材EN10025-61.8906,3.4.1冷裂纹倾向大因加入合金元素，大大提高了淬硬倾向，因此冷裂倾向比较大。3.4.2 再热裂纹Cr、Mo、Cu、V、Ti、Nb、B等合金元素也可能会引起再热裂纹，其中V的影响最大，Mo次之。,3.4 调质细晶粒结构钢的焊接,3.4.3 HAZ区的脆化 若线能量过大，高温停留时间长会引起晶粒粗大而脆化。3.4.4 HAZ区的软化 在HAZ区受热未完全奥氏体化的区域，即受热时最高温度低于Ac1，而高于钢调质处理时回火温度的那个区域有软化的倾向，线能量越小，软化程度越小 。,3.4.5 调质细晶粒结构钢的填充材料,等强匹配的原则选择填充材料。在焊接填充材料的国际标准中，将熔化焊的焊接材料按熔敷金属的屈服强度分为两个系列： 熔敷金属的屈服强度的小于500MPa； 熔敷金属的屈服强度的大于500MPa。 以调质细晶粒结构钢EN10025-6S620Q 为例，可选用的填充材料： EN757E627Mn1NiBT 即ISO18275E627Mn1NiBT EN12535T625Mn1.5NiBT 即ISO18276T625Mn1.5NiBT等,4.1热机械轧制钢的基础知识4.2分类和标记4.3化学成份4.4 机械性能4.5 热机械轧制细晶粒结构钢的焊接,4、热机械轧制细晶粒结构钢,4.1热机械轧制钢的基础知识 钢的形变热处理（TMCP）是指：控制奥氏体化温度、变形温度和变形量, 获得理想的奥氏体初始状态; 变形后利用余热控制冷却, 获得所希望的显微组织, 从而达到控制金属性能的目的。,工艺特点：在钢的Ac3或Ac1Ac3温度区间形变，然后冷却至550以上，再空冷获得铁素体-珠光体或贝氏体组织。,目的：提高钢材的强韧性和获得合理的综合性能，并能够降低合金元素含量和碳含量，节约贵重的合金元素，降低生产成本。,热机械轧制细晶粒结构钢的特点,1）较低的含碳量 改善韧性，改善可焊性2）加入合金元素如Nb、Ti、V 提高强度，细化晶粒3）控制轧制（热机械处理） 理想的组织结构，较好的性能 4）避免长夹渣物 冷变形性好，高韧性，较小的各向异性,热机械轧制细晶粒结构钢与碳锰钢成分和碳当量对比,少量珠光体钢对于不同的焊接方法，在不同的焊接条件下均可以无困难地进行焊接。,4.2 分类和标记,4.2.1级别和质量 此标准中说明了四种钢级别S275，S355，S420和S460。 所有的钢级别按照咨询和订货时的说明供货： 在不低于-20的温度下按照所说明的最低冲击功数值，标记M； 在不低于-50的温度下按照所说明的最低冲击功数值，标记ML；,4.2.2 标记标记如EN10025-1中的规定。标准号（EN10025-4）； 标记S（结构钢）；厚度16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示；供货条件M； 大写字母L用于表示在温度不低于-50下按照所说明的最低冲击功数值的性质。,例如： 在室温条件下根据最低屈服强度355MPa热机械轧制结构钢（S），在-50条件下的最低冲击功数值： EN10025-4-S355ML或EN10025-4-1.8834,4.5 热机械轧制细晶粒结构钢的焊接,焊接热机械轧制的细晶粒结构钢时，采用较小的热输入，HAZ获得下贝氏体，具有良好的韧性。4.5.1 HAZ韧性下降焊接热输入过大，粗晶区晶粒严重长大或出现魏氏组织而降低韧性。热输入过小，粗晶区组织中马氏体比例增大而降低韧性。4.5.2 氢致延迟裂纹的倾向冷却速度过快，粗晶区组织中马氏体比例增大而降低韧性，增加氢致延迟裂纹的倾向。,4.5.3 热机械轧制细晶粒结构钢填充材料的选择,按等强匹配的原则，选择焊接填充材料。以母材EN10025-4 S460M为例，可选用下列填充材料： EN499E464B 即 ISO2560-AE464B EN440G465M3Si1 即 ISO14341-AG465M3Si1 EN758T4631NiBM 即 ISO17632-AT4631NiBM等,5 细晶粒结构钢的应用,使用高强度结构钢的原因如下：减少结构重量 减少到工地的运输费用并减少单个构 件的安装重量减少焊缝体积对运动构件减少驱动力提高耐损害强度提高抗脆断安全性,5.1 适于焊接细晶粒结构钢的标准和规程5.2 焊接填充材料和辅助材料标准5.3 关于细晶粒结构钢加工的标准和规程5.4 焊接细晶粒结构钢对企业的要求5.5 细晶粒结构钢加工制造条例5.6 细晶粒结构钢结构设计基本原则,DIN EN10 028第三部分(1993年4月)压力容器用钢的板材 适于焊接的细晶粒结构钢，正火DIN EN 10 028第五部分(1997年3月)压力容器用钢的板材 一适于焊接细晶粒结构钢，热机械轧制DIN EN 10 028第六部分(1997年2月)压力容器用钢的板材 一适于焊接细晶粒结构钢，调质DIN EN 10 052(1994年1月)钢铁材料热处理概念DIN EN 10025(2004年4月)适于焊接的细晶粒结构钢的热轧产品 第一部分 一般供货要求 第三部分 正火正火轧钢的供货条件 第四部分 热机械轧制钢的供货条件 第六部分 调质或析出强化状态的高强度结构钢供货条件,5.1 用于细晶粒结构钢的标准和规程,DIN EN 10149 (1995年11月)具有冷成型的高强热轧钢板 一般供货条件 一热机械轧制的技术供货条件 一正火或热轧钢技术供货条件SEW 082(1989年 6月)正火成型和热机械处理成型的要领规定SEW 083(1991年10月)钢结构用细晶粒结构钢，热机械轧制平板及长型产品的技术供货条件SEW 084(1988年 8月)热机械处理成型的细晶粒结构钢 一型钢和棒料的技术供货条件SEW 085(1988年 1月)受高载荷结构用细晶粒结构钢 一型钢和棒料的技术供货条件,ISO18275(EN757) 高强钢电弧焊焊条ISO18276 (EN12535)高强度结构钢熔化极气体保护焊药芯焊丝ISO16834(EN12534)高强钢气体保护焊焊丝、棒,5.2 焊接材料和辅助材料的标准,ISO16834-AG626MMn4Ni1Mo 化学成分标记 (表) 保护气体 焊缝金属冲击值标记 焊缝金属强度延伸率标记 焊接方法标记 标准号,ISO16834-AW556Mn4Ni1Mo,DIN1910第12部分(1989年8月)焊接一金属熔化焊生产方面的概念DIN EN ISO 13916(1996年11月)焊接时预热，层间和保护温度的测量DIN32 527(1984年月1日)焊接，钎焊，切割和其它相关方法的热量SEW 063(1987年4月)长途管线钢管的成型与焊接SEW 088(1993年10月)适于焊接的细晶粒构 关于焊接制造规程，特别是对于熔化焊SEW 088第一篇(1993年10月)一焊接时对冷裂纹的安全保证 确定最低预热温度SEW 088第二篇(1993年10月)一确定冷却时间 t8/5，表示焊接温度循环DVS规程0916(1997年11月)细晶粒结构钢熔化极气体保护焊DVS规程0918(1988年10月)细晶粒结构钢的埋弧焊,5.3关于细晶粒结构钢加工的标准和规程,5.4 焊接细晶粒结构钢对企业的要求,5.4.1对焊接企业的基本要求 每种焊接方法至少要有两名焊工具有按ISO9606-1/EN287-1的有效的焊工证书，材料应包括2组及3组5.4.2有效的工艺评定1）在压力容器制造中：按AD规程HP2/1/EN288-32）在建筑领域及矿山的外部构件，混凝土输送泵和自动吊车的制造 中，按DVS1702/EN288-3： 对于Re355 N/mm2的钢，只有在全自动或自动化焊接方法时要求，按ISO15609/EN288第3部分进行（带角焊缝试件） 对于Re355 N/mm2的钢：按DVS规程1702进行,5.4.3对企业制造资格在压力容器制造中：AD规程HP0在建筑领域及矿山的外部构件，混凝土输送泵和自动吊车的制造中：按DIN 18800第7部分的大型资格证书可扩展到细晶粒结构钢。5.4.4按DVS规程1702的工艺评定 高强细晶粒钢S480N/M和S690Q（采矿工业支撑部件、混凝土输送泵和移动式起重机，具有更高屈服强度的钢也适用），根据规程DVS1702：2003-5在手工或半机械焊接工艺中的焊接工艺评定也需要，如手工电弧焊和半机械熔化极气体保护焊。,在制造高强度细晶粒结构钢时，有许多特殊要求并应引起特别的注意。在加工制造时一定要注意钢铁材料规程088(1993-10)。在建筑领域和矿山中还要遵守DVSt规程011以及在建筑领域内适用的其它规程的规定。对于细晶粒结构钢的焊接，所有的手工，半自动和全自动的弧焊方法，如手工弧焊MAG和埋弧焊等均是适合。,5.5 细晶粒结构钢加工制造条例,5.5.1 焊接填充材料 选择焊接填充材料时，尽量避免使焊缝金属的强度高于母材。如果许用应力没有被充分利用时，可以使用比母材强度低的焊接材料，在选择焊接材料和保护气体时，考虑所能达到的冲击功值按DVS规程0916. 细晶粒结构钢材料选择实芯焊丝,5.5.2 焊接填充材料和辅助材料的烘干,5.5.3 焊接热输入,保证焊缝和热影响区具有较好的变形能力和足够的强度性能而对焊接线能量上限有所限制，相反地，为了防止出现裂缝，对最低线能量也有要求。除线能量外，焊接接头上的温度一时间分布也对接头的机械性能有影响。,按德国钢铁材料规范（SEW088）细晶粒结构钢的焊接规范 t8/5的确定： 三维热传导 二维热传导,板厚、预热温度和允许的线能量之间的关系 图中以S690为例，条件：该能量的限定是在保证25时最低冲击功为28J。,按SEW 088规程，工件温度 5时予热，当工作温度5时，按下列板厚确定： 碳当量 临界厚度 0.18 60 0.22 50 0.26 40 0.31 30 0.34 20 0.38 12 0.40 8 %预热温度不能超过最大的层间温度，层间温度不应超250,5.5.4 焊道布置,对于焊缝构成应注意下列要求：根据板厚和线能量采用多层焊焊缝构成由坡口面到中间 焊接盖面层时要特别注意（“回火焊道