第2章工程結(jié)構(gòu)鋼

武漢理工大學(xué)材料學(xué)院SchoolofMaterialsScienceandEngineering,WUTChapter2工程結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼板2025/5/101本章要點(diǎn)工程結(jié)構(gòu)鋼基本要求(以船為例)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的合金化鐵素體-珠光體鋼微珠光體低合金高強(qiáng)度鋼針狀鐵素體鋼低碳貝氏體和馬氏體鋼雙相鋼新一代鋼鐵材料低合金高強(qiáng)度鋼發(fā)展趨勢(shì)2025/5/102思路：1、在低碳范圍內(nèi)提高碳含量，以提高強(qiáng)度。2、添加合金元素提高強(qiáng)度。3、熱處理改變組織提高強(qiáng)度。4、形變熱處理細(xì)化組織提高強(qiáng)度。5、在提高強(qiáng)度時(shí)一定要注意焊接性能和韌脆轉(zhuǎn)變溫度。2025/5/103工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼是指專門用來(lái)制造工程結(jié)構(gòu)件的一大類鋼種。在鋼總產(chǎn)量中，工程結(jié)構(gòu)鋼占90％左右。工程結(jié)構(gòu)鋼包括碳素鋼和低合金高強(qiáng)度鋼。低合金高強(qiáng)度鋼是指在碳含量低于0.25%的普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加一種或多種少量合金元素（低于3%），使鋼的強(qiáng)度明顯高于碳素鋼的一類工程結(jié)構(gòu)用鋼，統(tǒng)稱低合金高強(qiáng)度鋼。按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、耐腐蝕鋼、低溫用鋼、耐磨鋼、鋼筋鋼、鋼軌鋼、橋梁鋼、船體鋼、容器鋼及其他專業(yè)用鋼等2025/5/104低合金高強(qiáng)度鋼這是一類可焊接的低碳工程結(jié)構(gòu)用鋼。其含碳量通常小于0.25%，比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼有較高的屈服強(qiáng)度，較好的冷熱加工成型性，良好的焊接性，較低的冷脆傾向、缺口和時(shí)效敏感性，以及有較好的抗大氣、海水等腐蝕能力。其合金元素含量較低，一般在2.5%以下，在熱軋狀態(tài)或經(jīng)簡(jiǎn)單的熱處理（非調(diào)質(zhì)狀態(tài)）后使用。

高強(qiáng)度是針對(duì)低碳結(jié)構(gòu)鋼而言，實(shí)際上其含碳量低，合金元素含量低所以其強(qiáng)度不能和后面要介紹的鋼相比較。

2025/5/105碳素結(jié)構(gòu)鋼現(xiàn)代化蔬菜棚耐候Z型鋼用于體育館2025/5/106熱軋態(tài)或正火態(tài)使用的低C鋼;組織組織為F+P;B或M。空冷為何會(huì)有B或M？C曲線的變化。問(wèn)題：低合金高強(qiáng)度鋼熱軋態(tài)或正火態(tài)使用的低C鋼組織為F+P;B或M。1、空冷為何會(huì)有B或M？2、若組織為F+P，當(dāng)含碳量增加時(shí)會(huì)有什么變化，性能如何？2025/5/1072.1工程結(jié)構(gòu)鋼基本要求

工程結(jié)構(gòu)件長(zhǎng)期受靜載；互相無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)受大氣（海水）的侵蝕；有些構(gòu)件受疲勞沖擊；一般在-50~100℃范圍內(nèi)使用；如：橋梁、船舶等受到風(fēng)力或海浪沖擊.服役條件生產(chǎn)工藝

焊接是構(gòu)成金屬結(jié)構(gòu)的常用方法；一般都要經(jīng)過(guò)如剪切、沖孔、熱彎、深沖等成型工藝技術(shù)要求

1、足夠的強(qiáng)度與韌度（特別是低溫韌度）；

2、良好的焊接性和成型工藝性；

3、良好的耐腐蝕性；4、低的成本。2025/5/1082.2低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

的合金化Me對(duì)HSLA力學(xué)性能影響C↑固溶強(qiáng)化效果和珠光體含量，低成本。↑C，↓塑、韌性，↓焊接性、冷成型。如0.1%C，TK為-50℃，0.3%C，TK為50℃一般均應(yīng)限制在0.2%以下Si最常用且較經(jīng)濟(jì)的元素。強(qiáng)化F較顯著，1%Si，σs↑85MPa，↑TK，量多時(shí)可大為降低塑韌性，所以Si控制在<1.1%2025/5/1092.2低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

的合金化Me對(duì)HSLA力學(xué)性能影響Mn

固溶強(qiáng)化作用大，1%Mn，σs↑33MPa。約有3/4量溶入F中，弱的細(xì)晶作用，↓TK。同樣量多時(shí)可大為降低塑韌性.

所以Mn控制在<1.8%。Nb/VTi/Al形成穩(wěn)定細(xì)小的K等，粒子2~10nm，既細(xì)晶又沉淀強(qiáng)化，↑σs，↑δ、AK，綜合效果↓TK。改善焊接性。作用順序:Ti＞Nb＞Al＞V。2025/5/10102.2低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

的合金化Me對(duì)HSLA力學(xué)性能影響Re脫氧去硫吸氫作用，改善塑韌性，↓TK所以，低合金高強(qiáng)度鋼的基本成分應(yīng)考慮低碳，稍高的錳含量，并適當(dāng)用硅強(qiáng)化。2025/5/1011

鋼的韌－脆轉(zhuǎn)折溫度與碳含量的關(guān)系

觀看沖擊試驗(yàn)視頻2025/5/1012工程結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)化固溶強(qiáng)化——C,Mn,Si細(xì)晶強(qiáng)化——Ti,Nb,V;沉淀強(qiáng)化——V,Ti,Nb珠光體含量——C

如何選擇還要看工藝性能。不是一味強(qiáng)調(diào)強(qiáng)化。文章：為“鳥巢”量身定做的Q460

2025/5/1013鳥巢2025/5/1014為“鳥巢”量身定做的Q4602008年奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)“鳥巢”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奇特新穎，而這次搭建它鋼結(jié)構(gòu)的Q460也有很多獨(dú)到之處：這是國(guó)內(nèi)在建筑結(jié)構(gòu)上首次使用Q460規(guī)格的鋼材；而這次使用的鋼板厚度達(dá)到110毫米，是以前絕無(wú)僅有的。2025/5/1015在種類繁多的鋼材中，“鳥巢”為什么單單選中它作鋼結(jié)構(gòu)的材料？它的科研過(guò)程又是怎樣的？帶著諸多問(wèn)題，記者來(lái)到為“鳥巢”研發(fā)生產(chǎn)Q460的河南舞陽(yáng)鋼鐵公司一探究竟。Q460是一種低合金高強(qiáng)度鋼。Q300為界。鋼材在要求強(qiáng)度大的同時(shí)，用低合金冶煉也很重要，這主要是考慮鋼材的可焊性。高合金的鋼材雖然強(qiáng)度大，但可焊性差。2025/5/1016為了給“鳥巢”提供“合身”的Q460，從2004年9月開始，舞鋼的科研人員開始了長(zhǎng)達(dá)半年多的攻關(guān)之路，前后3次試制方獲成功。2004年9月，第一次試制開始進(jìn)行。首次試制的結(jié)果是除了強(qiáng)度不盡如人意外，其他各項(xiàng)指標(biāo)全都合格。在保證低碳當(dāng)量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)脑黾恿宋⒑辖鹪氐暮俊?025/5/1017改進(jìn)工藝后，2005年的3、4月間，科研人員進(jìn)行了第二次試制。這次試制，強(qiáng)度和其他指標(biāo)達(dá)到了要求，但沖擊韌性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果卻不能令人滿意。2005年的5月份，第三次試制實(shí)驗(yàn)開始，主攻方向是解決低溫沖擊韌性的問(wèn)題。研究人員采取的辦法是改進(jìn)工藝、細(xì)化晶粒。

晶粒是鋼材的組織或者成分，晶粒越細(xì)，鋼材的韌性越好。細(xì)化的手段一個(gè)是降低軋制溫度，另一個(gè)是增加壓下量。

通過(guò)改進(jìn)工藝，終于使Q460達(dá)到了“鳥巢”的使用要求。2005年7月，為“鳥巢”準(zhǔn)備的Q460開始批量生產(chǎn)，為奧運(yùn)工程服務(wù)。2025/5/10182.2低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

的合金化Me對(duì)焊接性和耐大氣腐蝕性的影響C

C↑→焊縫處硬化與脆化傾向↑，焊接裂紋↑。提高淬透性的Me種類及其數(shù)量也應(yīng)適當(dāng)控制，如Cr、Mn、Mo、Ni等。CuP

↑耐大氣腐蝕性最有效的元素。一般含量:0.025~0.25%Cu

，0.05~0.15％P

。↑P，冷脆和時(shí)效傾向增加。→用Al脫氧→細(xì)晶粒鋼。復(fù)合加入適量元素，則↑鋼耐蝕性效果更佳。如090CuPCrNi-A、09CuP、09CuPCrNi-B2025/5/1019時(shí)效現(xiàn)象低碳工程構(gòu)件經(jīng)加工或高溫冷卻后，在室溫或較低溫度下放置一段時(shí)間，鋼的性能會(huì)發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象。（淬火時(shí)效和機(jī)械時(shí)效）產(chǎn)生原因

C、N等間隙原子偏聚或內(nèi)吸附于位錯(cuò)等晶體缺陷處。提高硬度、降低塑性和韌度。如：某鋼板剛變形時(shí)，AK120J，十天后降為35J；焊接鋼板在三個(gè)月后由92J降為33J。2025/5/1020思考題：

退火后的低C鋼板一般在深沖前，先進(jìn)行一次少量變形的平整加工，然后再進(jìn)行深沖，為什么?答：克服時(shí)效現(xiàn)象，不出現(xiàn)上下屈服點(diǎn)，深沖時(shí)板面平整度提高。2025/5/10212.3鐵素體-珠光體鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q+最低屈服強(qiáng)度值(MPa)；+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)(A、B、C、D)

+脫氧方法符號(hào)如Q235AF、Q235BZ（質(zhì)量等級(jí)為對(duì)S、P的控制）一般以熱軋空冷狀態(tài)供應(yīng)還有冷軋成品供貨，如冷軋薄板、冷拉鋼絲、冷拔鋼管沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ2025/5/1022質(zhì)量等級(jí)分A、B、C、D、E，依次以A級(jí)質(zhì)量較差，E級(jí)質(zhì)量最高。質(zhì)量等級(jí)為對(duì)S、P的控制。工程中分別為：Q235A級(jí)，是不作沖擊韌性試驗(yàn)要求；Q235B級(jí)，是作常溫（20℃）沖擊韌性試驗(yàn)；Q235C級(jí)，是作0℃沖擊韌性試驗(yàn)；Q235D級(jí)，是作-20℃沖擊韌性試驗(yàn)；Q235E級(jí)，是作-40℃沖擊韌性試驗(yàn)。沖擊韌性試驗(yàn)采用夏比V形缺口試件。沖擊韌性指標(biāo)為Akv。對(duì)上述B、C、D級(jí)鋼在其各自不同溫度要求下，都要求達(dá)到Akv≥27J。2025/5/1023鋼板2025/5/1024圖示：F+P組織2025/5/10252.3鐵素體-珠光體鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T700－1988）

2025/5/1026普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分與用途(GB700-88)2025/5/1027普通碳素結(jié)構(gòu)鋼生活中應(yīng)用生活中：釘子、拉桿箱的拉桿、螺栓、螺母、螺釘、小軸。2025/5/1028螺栓是否都要熱處理鋼結(jié)構(gòu)連接用螺栓性能等級(jí)分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余個(gè)等級(jí)，其中8.8級(jí)及以上螺栓材質(zhì)為低碳合金鋼或中碳鋼并經(jīng)熱處理（淬火、回火），通稱為高強(qiáng)度螺栓，其余通稱為普通螺栓。4.8級(jí)別Q235（A3），Q195等低碳鋼5.8級(jí)別Q235以上所有材質(zhì)都可以，不需要熱處理8.8級(jí)別螺紋直徑16mm以下，35#調(diào)質(zhì)熱處理16mm以上，45#和低碳合金鋼調(diào)質(zhì)處理只要達(dá)到抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能用什么材料都可以。按工況要求選材和選擇熱處理。2025/5/1029不合金化的鐵素體-珠光體鋼的屈服強(qiáng)度高低主要和含碳量有關(guān)，或者說(shuō)和珠光體含量有關(guān)。結(jié)合相圖分析。2025/5/10302.3鐵素體-珠光體鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（屈服強(qiáng)度提高25%～100%）都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號(hào)中沒(méi)有表示脫氧方法的符號(hào)。如Q345C屈服點(diǎn)從300～650MPa分為六級(jí)，也可采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字（表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾）和化學(xué)元素符號(hào)，按順序表示，如16Mn。*說(shuō)明：通常情況下，屈服強(qiáng)度值小300MPa時(shí)為碳素結(jié)構(gòu)鋼，大于300MPa時(shí)為低合金高強(qiáng)度鋼。2025/5/1031問(wèn)題：低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼比碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服強(qiáng)度提高25%～100%的原因是什么？答：成分不同。錳料多。這是以合金化為目的添加元素。當(dāng)然還有硅以及Ti，Nb，V，Al的作用。2025/5/10322.3鐵素體-珠光體鋼最新研究成果：如F晶粒尺寸細(xì)化到μ級(jí)，則F-P類低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度也可達(dá)到800MPa

F-P類型是工程結(jié)構(gòu)鋼中最主要的一類鋼。有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五個(gè)牌號(hào)。根據(jù)質(zhì)量要求分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)。A、B級(jí)為普通質(zhì)量級(jí)；C級(jí)為優(yōu)質(zhì)級(jí)；D級(jí)和E級(jí)為特殊質(zhì)量級(jí)，有低溫沖擊韌性要求。

組織：10~25％片層狀P+75~90％多邊形F。2025/5/1033鋼種及用途

16Mn

產(chǎn)量最多，用量最廣。屈服強(qiáng)度345MPa15MnTi,16MnNb,15MnV，15MnVN

屈服強(qiáng)度：>390MPa，利用低合金與微合金相結(jié)合。在建筑，石油，化工，鐵道，橋梁，造船，機(jī)車，鍋爐等應(yīng)用廣泛。問(wèn)題：16MnNb和16Mn屈服強(qiáng)度有差別的原因。答：微合金元素的碳化物和氮化物的析出強(qiáng)化。2025/5/1034低碳鐵素體/珠光體鋼超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù)

——2004年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)主要特點(diǎn)超細(xì)晶粒、高潔凈度、高均勻性。生產(chǎn)節(jié)約能源和資源，不用或少用Me，改善環(huán)境，↓成本，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。如何形成微米級(jí)的超細(xì)晶是該項(xiàng)目的核心技術(shù)和難點(diǎn)。具體指標(biāo)采用形變誘導(dǎo)F相變，可把F晶粒細(xì)化到2-5μm（碳鋼）和1～2μm（微合金鋼）。碳鋼的σs由200MPa提高到350～400MPa；低合金鋼由350～400MPa提高到600～700MPa。2025/5/10352025/5/1036項(xiàng)目組在現(xiàn)代連續(xù)軋制條件下，在高速軋制發(fā)展過(guò)程中注意到了形變和相變的耦合，形成了形變誘導(dǎo)鐵素體相變（DIFT）理論與控制技術(shù)和薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)超細(xì)晶鋼的控制技術(shù)。2025/5/1037形變誘導(dǎo)鐵素體相變發(fā)生在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)的較低溫度范圍（Ar3<DIFT<AD3）,與傳統(tǒng)控軋控冷比較有以下發(fā)展：1.是動(dòng)態(tài)相變。相變主要發(fā)生在變形過(guò)程中；2.是形核為主的相變;3.相變和隨后的α—?jiǎng)討B(tài)再結(jié)晶相配合，產(chǎn)生了等軸、低位錯(cuò)密度的超細(xì)晶鐵素體。因而比位錯(cuò)強(qiáng)化，析出強(qiáng)化或固溶強(qiáng)化具有高的韌性；4.研究了合金元素C、Mn、Nb、V、Ti在DIFT合金化的原理，為微合金化理論開辟了新的領(lǐng)域。5.在形變誘導(dǎo)鐵素體相變理論研究成果的基礎(chǔ)上開發(fā)了生產(chǎn)應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)。把低碳鐵素體/珠光體鋼的強(qiáng)度提高了一倍并具有良好的韌性。2025/5/1038該成果為鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和鋼鐵材料的可循環(huán)利用提供了廣闊前景，還為今后新鋼種、新工藝的研究開發(fā)提供了重要的理論和實(shí)踐依據(jù)。文章：低碳鋼先共析鐵素體和形變誘導(dǎo)鐵素體的相變機(jī)制、組織和性能王倩(1北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100083；2鋼鐵研究總院結(jié)構(gòu)材料研究所，北京100081)PDF文章2025/5/1039微合金鋼1.概念利用微合金化元素Ti,Nb,V；主要依靠細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化來(lái)提高強(qiáng)度；利用控制軋制和控制冷卻工藝-----高強(qiáng)度低合金鋼。

2.微合金元素的作用

抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶；（提高其溫度）阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大；（沒(méi)有固溶或固溶后析出）沉淀強(qiáng)化；（固溶后再析出）改變與細(xì)化鋼的組織。2025/5/1040

軋制方法鈮主要用來(lái)在高溫形變時(shí)產(chǎn)生應(yīng)變誘導(dǎo)析出相Nb（C，N），細(xì)化奧氏體晶粒；釩主要用來(lái)產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化相V（C,N）；目前微合金元素組合方法：1）V-Ti法或V-Ti-N法2）Nb-V或V-Nb-Ti復(fù)合法2025/5/1041

低碳鐵素體/珠光體鋼超細(xì)晶鋼材生產(chǎn)工藝控制和不同的制品2025/5/10422.4微珠光體低合金高強(qiáng)度鋼強(qiáng)化機(jī)理對(duì)F-P鋼,P量每↑10%，將使TK↑22℃。

油氣管線用鋼:↓C,<0.1%；為保證σ，就必須采用其它不損害或少損害焊接性和韌度的強(qiáng)化措施。→析出強(qiáng)化和晶粒細(xì)化↑鋼性能。→Nb、V、Ti微合金化和控軋?zhí)幚砉に嚒?wèn)題：珠光體含量降低是由于含碳量降低，所以強(qiáng)度降低。如要提高強(qiáng)度可以從哪些方面考慮？2025/5/1043控制軋制和控制冷卻技術(shù)高溫形變熱處理→F大幅度晶粒細(xì)化→↑強(qiáng)度和韌度。控制軋制和控制冷卻的組織變化模式圖

圖中軋制溫度向右邊降低，上層表示奧氏體組織變化，下層表示奧氏體開始相變后組織及F核的形成

2025/5/1044圖

各種軋制程序模式圖

CR：控制軋制；AcC:控制冷卻

2025/5/1045控制軋制與控制冷卻控制軋制

主要由三個(gè)階段組成：1）高溫下的再結(jié)晶區(qū)變形；2）在緊靠Ar3以上的低溫?zé)o再結(jié)晶區(qū)變形；3）在奧氏體和鐵素體兩相區(qū)變形鋼坯的加熱溫度、保溫時(shí)間、開軋溫度、軋制道次和道次變形量、終軋溫度以及軋后冷卻等參數(shù)，都極為重要。通過(guò)控制軋制過(guò)程中的各種參數(shù)，形成軋制工藝。

控制冷卻

主要在相變后的卷取過(guò)程。

2025/5/1046控制軋制在奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制在奧氏體再結(jié)晶溫度以上的溫度范圍（≥950℃）內(nèi)進(jìn)行軋制,使再結(jié)晶和變形交替進(jìn)行，以細(xì)化奧氏體晶粒。細(xì)化的奧氏體變成的鐵素體，其晶粒也是細(xì)化的，從而也就提高了鋼的韌性。

在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制

在奧氏體再結(jié)晶開始溫度到Ar3以上進(jìn)行軋制，其目的是使奧氏體晶粒拉長(zhǎng)，同時(shí)在晶內(nèi)形成大量變形帶，增加奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時(shí)的晶核生成能，獲得極其細(xì)小的鐵素體晶粒，以提高鋼的韌性，并在鋼中形成鈮的碳化物和氮化物，以抑制再結(jié)晶。在奧氏體和鐵素體兩相區(qū)控制軋制在奧氏體和鐵素體兩相區(qū)溫度范圍內(nèi)(Ar3以下)進(jìn)行軋制時(shí),伴隨著加工硬化和珠光體析出的硬化而提高了鋼的強(qiáng)度，降低韌性－脆性轉(zhuǎn)變溫度。但是由于產(chǎn)生了織構(gòu)(見(jiàn)擇優(yōu)取向)，板厚方向的強(qiáng)度和沖擊韌性都降低了。2025/5/1047CSP工藝與傳統(tǒng)連鑄連軋工藝熱歷史的比較約950～1000℃直接進(jìn)均熱爐中間無(wú)相變連鑄快速凝固成薄板坯鋼水熱連軋精軋層流冷卻卷取均熱（25~30分）冷卻至室溫或約700℃熱裝熱送γα相變鋼水連鑄凝固成厚板坯加熱、均熱（約100~150分）粗軋熱連軋精軋層流冷卻卷取a．薄板坯連鑄連軋工藝流程b．傳統(tǒng)連鑄連軋工藝流程2025/5/1048

薄板坯連鑄連軋與傳統(tǒng)連鑄連軋工藝熱歷史比較

℃150013001100900700500300100A3A1γ+αγ(2)γ(2)γ(1)薄板坯連鑄連軋傳統(tǒng)連鑄連軋

時(shí)間F+PCSP

(

Compact

Strip

Production)即為緊湊式板帶生產(chǎn)工藝，是由德國(guó)施羅曼·西馬克(SMS)公司研究開發(fā)的薄板坯連鑄連軋技術(shù)。2025/5/10492.4微珠光體低合金高強(qiáng)度鋼微合金元素的作用阻止加熱時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶

在熱加工過(guò)程中，奧氏體會(huì)發(fā)生形變?cè)俳Y(jié)晶使晶粒回復(fù)粗大。但應(yīng)變動(dòng)態(tài)析出Nb、V、Ti的碳氮化物，沉淀在晶界、亞晶界和位錯(cuò)上起釘軋作用，有效地阻止奧氏體再結(jié)晶時(shí)晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶。2025/5/1050

微合金元素對(duì)鋼的屈服強(qiáng)度的影響（σG：晶粒細(xì)化σPh：析出強(qiáng)化）

2025/5/10512.5針狀鐵素體鋼基本特點(diǎn)針狀鐵素體（acicularferrite，簡(jiǎn)寫AF）鋼實(shí)際上屬于超低碳貝氏體鋼。≤0.06％C+適量Mn、Mo、Nb等→具有高密度位錯(cuò)（1010cm－2）亞結(jié)構(gòu)的“針狀F”組織（超低碳B）。σs達(dá)700~800MPa，低溫沖擊韌性、焊接性更好.

用于現(xiàn)場(chǎng)焊接條件及其寒冷地帶管線。被稱為21世紀(jì)的控軋鋼。2025/5/1052低碳或超低碳的針狀F，實(shí)質(zhì)上也是屬于低碳B鋼C<0.1%,其α片呈板條狀，具有高位錯(cuò)密度，在450℃以下形成。針狀鐵素體2025/5/10532.6低碳貝氏體和馬氏體鋼低碳貝氏體鋼是指含碳量為0.10~0.15%，使用狀態(tài)組織為B的鋼。貝氏體鋼通常是在軋制空冷或控制冷卻，直接獲得B組織。由于B的相變強(qiáng)化，低碳貝氏體鋼與相同含碳量的鐵素體-珠光體型鋼相比，具有更高的強(qiáng)度和良好的韌度，屈服強(qiáng)度可達(dá)450~980MPa。2025/5/1054低碳貝氏體鋼1）概念

在軋制或正火后得到B組織，屈服強(qiáng)度可達(dá)到490-780MPa。2）合金化原理合金元素主要是能顯著推遲先共析F和P轉(zhuǎn)變，但對(duì)B轉(zhuǎn)變推遲較少的元素如Mo，B，可得到貝氏體組織。C曲線變化加入Mn,Ni,Cr等合金元素，進(jìn)一步推遲先共析F和P轉(zhuǎn)變，并使Bs點(diǎn)下降，可得到下B組織；加入微合金化元素充分發(fā)揮其細(xì)化作用和沉淀作用；低碳,使韌性和可焊性提高。2025/5/1055主要特點(diǎn)合金元素是保證在較寬的冷速范圍內(nèi)獲得以貝氏體為主的組織成分特點(diǎn):

0.5%左右Mo+微量B（0.005%）

+Mn、Cr、Ni等+Nb、Ti、V主要用于制造容器的板材。

14MnMoV和14MnMoVBRE鋼是我國(guó)發(fā)展的低碳貝氏體鋼，屈服強(qiáng)度為490MPa級(jí)2025/5/10562.6低碳貝氏體和馬氏體鋼低碳馬氏體≤0.16%C，加入Mo、Nb、V、B及控制Mn或Cr與之配合→淬火回火處理組織為低碳回火馬氏體。

BHS-1鋼的成分為0.10C-1.80Mn-0.45Mo-0.05Nb。鍛軋后空冷或直接淬火并自回火。達(dá)到合金調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)后的性能水平。制造汽車的輪臂托架、操縱桿、車軸、轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)節(jié)和拉桿等，也可用于冷墩、冷撥及制作高強(qiáng)度緊固件。2025/5/10572.7雙相鋼成分成分：~0.2%C，1.2~1.5%Si，0.8~1.5%Mn，~0.45%Cr，~0.4%Mo，少量V、Nb、Ti。組織

F+M組織，F(xiàn)基體上分布不連續(xù)島狀混合型M（<20%）→雙相鋼。F中非常干凈，C、N等間隙原子很少；C和Me大部分在M中.性能低σs，且是連續(xù)屈服，無(wú)屈服平臺(tái)和上、下屈服；均勻塑變能力強(qiáng)，總延伸率較大，冷加工性能好；加工硬化率n值大，成型后σs可達(dá)500~700MPa。2025/5/1058強(qiáng)度MPa雙相鋼

600400

普通鋼

20010203040應(yīng)變/%

雙相鋼和普通鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線的比較2025/5/1059應(yīng)用

沖壓型雙相鋼主要是板材，廣泛用于各種容器和汽車沖壓件。非沖壓雙相鋼有棒材、線材、鋼筋薄壁無(wú)縫鋼管等產(chǎn)品。鋼材經(jīng)熱軋后控制冷卻，得到F加M雙相鋼組織，然后經(jīng)冷撥、冷墩等工藝制成成品。可用于汽車的大梁和滾型車輪，汽車的前后保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)懸置梁等，使用雙相鋼可使汽車重量降低10~30%2025/5/1060近70-80%細(xì)晶多邊形F+20-30%MF+M雙相鋼2025/5/10612025/5/1062鐵素體一馬氏體雙相組織獲得雙相組織的方法鐵素體一馬氏體雙相組織，可以通過(guò)在兩相區(qū)加熱后冷卻的雙相化熱處理，或者通過(guò)直接熱軋而得到。雙相化熱處理工藝或軋制工藝及其所得雙相組織的類型(示意圖)

AC一空冷；Q一淬火

2025/5/1063雙相鋼所希望的顯微組織應(yīng)當(dāng)是具有一定體積分?jǐn)?shù)的強(qiáng)韌的第二相馬氏體和塑性良好的基體鐵素體。c類組織，由（F+珠光體P)的原始組織加熱到兩相區(qū)，保溫后淬火而得到。D類組織，以淬火態(tài)的低碳板條馬氏體(M)為原始組織，加熱到兩相區(qū)給定的溫度，保溫后再次淬火而得到。2025/5/1064雙相鋼引人注目的拉伸力學(xué)性能特點(diǎn)(1)連續(xù)屈服。應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈光滑的拱形，無(wú)屈服點(diǎn)延伸。這就避免成型零件表面起皺，從而不需要附加的精整工序。(2)高的加工硬化速率。尤其是初始的加工硬化速率。這樣，只需5％以下的應(yīng)變，就可使雙相鋼的流變應(yīng)力達(dá)到500～550MPa，與通常低合金高強(qiáng)度鋼的屈服強(qiáng)度相當(dāng)。2025/5/1065(3)低的屈服強(qiáng)度。這使沖壓件易于成型，回彈小，同時(shí)沖壓模具的磨損也小。(4)高的抗拉強(qiáng)度。由于屈服強(qiáng)度低、抗拉強(qiáng)度高，屈強(qiáng)比就小。這樣，構(gòu)件成型時(shí)強(qiáng)度低，成型后強(qiáng)度高。成型后的構(gòu)件具有高的壓潰抗力、撞擊吸能和高的疲勞強(qiáng)度。(5)均勻伸長(zhǎng)率和總伸長(zhǎng)率大。與同樣強(qiáng)度的低合金高強(qiáng)度鋼相比，雙相鋼的均勻伸長(zhǎng)率和總伸長(zhǎng)率要高1／3或1倍。2025/5/10662.8新一代鋼鐵材料國(guó)家973項(xiàng)目“新一代鋼鐵材料”重大基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家翁宇慶教授。講演稿項(xiàng)目的設(shè)想是把占全國(guó)鋼材總產(chǎn)量90%的三類鋼，即碳素、低合金、合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度或使用壽命提高一倍。研究人員提出了碳素結(jié)構(gòu)鋼的σs由目前的200MPa提高到400MPa，低合金結(jié)構(gòu)鋼的σs由目前的400MPa提高到800MPa，合金結(jié)構(gòu)鋼σs由800MPa提高到1500MPa。新一代鋼鐵材料性能的提高，還有望降低目前約占全國(guó)總能耗1/10的鋼鐵工業(yè)對(duì)能源、資源的消耗