华北理工金属材料学课件第7单元 工程结构钢

金属材料学

主讲人：左桂福河北联合大学材料科学与工程学院

材料新产品研发实验过程模拟工作阶段创新性研发课题SCI论文发表博士研究生阶段

规范化毕设、SCI论文发表、计算材料学基础硕士研究生阶段

大材料知识拓展本科阶段课程的重要性主要内容金属热处理工程、机零钢合金化原理123章节安排第三单元：金属热处理原理

第一单元：绪论

第二单元：铁碳合金

第四单元：金属热处理工艺

第五单元：钢的合金化原理第七单元：工程构件结构钢

第六单元：钢的分类与编号、常见杂质、钢的性能指标

第八单元：机械零件结构钢

碳素结构钢1低合金构件用钢2目录第七章：工程构件钢第三章工程构件用钢

工程构件用钢概述第一节碳素构件用钢第二节低合金构件用钢第三节提高低合金构件用钢的途径工程构件用钢概述工程构件用钢（工程结构钢）

用于制造各种大型金属结构（如桥梁，船舶，车辆，锅炉，压力容器等）所用的钢材料，简称工程结构钢。尼米兹核动力航母001钢制桥梁压力容器国家体育场（鸟巢）总用钢量达到11万吨，其中外部钢结构的钢材用量为4.2万吨

。

一﹑工程构件用钢工作条件特点1﹑长时间承受静载荷；2﹑有一定温度要求，如锅炉构件，寒冷地区构件等；3﹑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。二、工程构件用钢性能要求1﹑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腐蚀性能；3﹑良好的工艺性能，即冷变形及焊接性能好。三、工程结构用钢的分类

碳素构件用钢（普碳钢）低合金构件用钢（普低钢）新型及微合金化低碳高强度钢

输油管线第一节碳素构件用钢碳素构件用钢又称碳素结构钢或普碳钢，其产量占钢总产量的70～80％，其中大部分用作结构件，少量做机械零件。特点：易于冶炼，价格低廉，热轧状态供货，一般不经热处理强化。分类（GB700－2006）Q195

Q215

Q235Q275一﹑普碳钢的化学成分二、普碳钢的力学性能三、普碳钢的应用举例轧制成板、型、棒材，强度较高，其用途可代替低合金结构钢。四、碳素结构钢供货品种供货品种：钢板，钢带，钢管，槽钢，角钢，钢轨，钢筋，钢丝等碳素结构钢薄钢板

钢管钢带槽钢角钢钢丝钢筋第二节低合金构件用钢

低合金构件用钢又称低合金结构钢或称普低钢（普通低合金高强度钢）。

发展普低钢的目的：减轻大型工程构件的重量，提高使用的可靠性，节约钢材。成分特点：低碳，低合金。性能特点：普低钢的屈服强度大大高于普碳钢。

例如：常用的Q235与16Mn相比，含碳量相同，但Mn提高到1.2-1.6%，屈服强度大大提高。Q235σs≥235MPaσb375～460MPa16Mn

σs≥345MPaσb510～660MPa一、普低钢的性能要求（一）力学性能要求1.高的屈服强度如将屈服强度由235MPa提高到350MPa，可使结构自身重量减轻20％～30%。2.高的抗拉强度通常构件按σs设计，同时也要考虑σb。σb在本质上反映了钢材塑性失稳时的极限承载能力，万一构件超载（σ>

σs）会引起塑性失稳现象（出现颈缩），因此除了满足设计要求提高σs外，同时还应避免σs

与σb

太接近而引起的安全问题，一般要求

：

σs/σb=0.65~0.75（有一定的塑性储备）3.塑性和韧性的要求一般塑性要求δ>18~20%，ψ>50%室温冲击韧性

纵向：ak>80J/cm2横向：ak>60J/cm2

在零下40℃或经时效后，ak下降不得低于室温的50％4.时效敏感性要小

C，N，Cu等元素使时效敏感性增大，Al，V，Nb等元素使时效敏感性减小。1.良好的冷变形能力

以低碳含量保证2.良好的焊接性能为提高焊接性能，保证低碳含量，钢中的H、P、S、As等元素的含量应加以控制。（三）耐大气腐蚀性能要求向钢中加入Cu，P，(Cr，Ni)等元素（四）经济性能要求用量大，应充分考虑国内资源情况，大力推广多组元微合金化。（二）工艺性能要求二、普低钢化学成分特点1.低碳(低于0.2％)2.低合金，主加元素Mn，Mn的含量一般低于2％（1）Mn属复杂立方点阵，固溶强化效果好；（2）Mn使Ar1线降低，降低过冷Ａ向P转化的温度的范围，细化了组织。（3）Mn使Fe－C相图中的S点左移，使基体中的珠光体量增多，提高强度。3.辅加元素：Al，V，Ti，Nb

Al－形成AlN细小质点，细化晶粒。V，Ti，Nb产生沉淀强化，还可以细化晶粒。4.加Cu，P改善耐大气腐蚀性能

Cu的加入量一般为0.025～0.25％，大量的加入会超过其溶解度，起到相反效果。P：0.06～0.15％的加入量。5.加入微量稀土元素脱S，去气，净化材质，改变夹杂物形态与分布。※国外的低合金高强度钢的主加元素为Cr，Ni，同时加入Cu，P三、普低钢的使用特点1.大多数在热轧状态使用，组织为F＋P；2.有些钢种为了获得均匀组织和稳定的性能，可采用高温回火或调质处理；3.屈服强度要求高的材料还采用轧后控冷工艺；4.有些钢种还应用于冲压用钢，耐海水腐蚀的结构、化工设备和管线用钢，因此发展成为各种专业用钢。四、常用普低钢牌号GB1591/T-2008按屈服强度分为8级（组织是F+P，常用的钢种的屈服强度<450MPa）Q295：09MnV，09MnNb，09Mn2，12MnQ345：18Nb，09MnCuPTi，10MnSiCu，12MnV,