构件用钢的力学性能特点与工艺性能

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第二章,构,构件,用,用钢,构件用,钢,钢的力,学,学性能,特,特点,构件用,钢,钢的工,艺,艺性能,构件用,钢,钢耐大,气,气腐蚀,性,性能,碳素构,件,件用钢,普通低,合,合金构,件,件用钢,进一步,提,提高普,低,低钢力,学,学性能,的,的途径,第二章,构,构件

2、,用,用钢,构件用,钢,钢：是,指,指用于,制,制造各,种,种大型,金,金属结,构,构（如,桥,桥梁、,船,船舶、,屋,屋架、,锅,锅炉及,压,压力容,器,器等）,的,的钢材,，,，又称,为,为工程,用,用钢。,工作特,点,点：,不作相,对,对运动,，,长期承,受,受静载,荷,荷作用,，有一,定,定的使,用,用温度,要,要求。,作为构,件,件用钢,应,应有如,下,下性能,要,要求：,力学性,能,能要求,。,。要求,构,构件用,钢,钢弹性,模,模量大,，,，以保,证,证构件,有,有较好,的,的刚度,；,；有足,够,够的抗,塑,塑性变,形,形及抗,破,破断的,能,能力。,耐腐蚀,性,性能要,求,求

3、。为,使,使构件,在,在大气,或,或在海,水,水中能,长,长期稳,定,定工作,，,，要求,构,构件用,钢,钢具有,一,一定的,耐,耐大气,腐,腐蚀及,海,海水腐,蚀,蚀性能,。,。,冷变形,和,和焊接,成,成型要,求,求。要,求,求构件,用,用钢有,良,良好的,冷,冷变形,性,性能和,焊,焊接性,能,能。,第一节,构,构件,用,用钢的,力,力学性,能,能特点,从成分,上,上看，,构,构件用,钢,钢应是,低,低碳的,（,（,Wc0.2%),，大部,分,分构件,是,是在热,轧,轧空冷,状,状态下,使,使用，,有,有时也,在,在回火,状,状态下,使,使用。,基,基体组,织,织：,大量,的,的铁,素,

4、素体,和,和少,量,量的,珠,珠光,体,体。,三大,特,特点,：,：屈服,现,现象,、,、冷,脆,脆现,象,象和,时,时效,现,现象,一、,构,构件,用,用钢,的,的屈,服,服现,象,象,屈服,现,现象,是,是低,碳,碳钢,所,所具,有,有的,力,力学,行,行为,特,特点,之,之一,，,，其,主,主要,表,表现,在,在以,下,下两,方,方面,：,：,拉伸曲线,上,上出现屈,服,服齿与屈,服,服平台,在屈服过,程,程中，试,件,件的塑性,变,变形分布,是,是宏观不,均,均匀的。,屈服齿与,屈,屈服平台,由于屈服,变,变形集中,在,在少数滑,移,移带上，,所,所以必然,会,会引起滑,移,移台阶高,

5、度,度增大，,使,使试样表,面,面有明显,滑,滑移线，,表,表面出现,皱,皱折。屈,服,服现象有,时,时会影响,构,构件（汽,车,车蒙皮）,的,的表面质,量,量。,一般认为,，,，屈服现,象,象与钢中,C,、,N,原子与位,错,错相互作,用,用产生的,“,“柯氏气,团,团”有关,。,。因此减,少,少钢中,C,、,N,原子的含,量,量或加入,强,强碳化物,形,形成元素,（,（如,Ti,、,Nb,等），使,C,、,N,原子与之,结,结合成稳,定,定的碳化,物,物，抑制,柯,柯氏气团,的,的形成，,可,可避免冲,压,压时产生,表,表面皱折,。,。,二、构件,用,用钢的冷,脆,脆现象,实践表明,，,，

6、低温对,构,构件用钢,的,的力学性,能,能有很大,影,影响。,随着试验,温,温度的降,低,低，构件,用,用钢的屈,服,服点显著,升,升高，且,出,出现断裂,特,特征，由,宏,宏观塑性,破,破坏过渡,到,到宏观脆,性,性破坏，,这,这种现象,称,称为冷脆,。,。,评定材料冷,脆,脆倾向大小,的,的指标是冷,脆,脆转变温度,，,，又称脆性,转,转折温度（,T,K,）。,T,K,是组织敏感,的,的参数。如,金,金属的晶体,结,结构、强度,、,、合金元素,及,及晶粒大小,等,等均对,T,K,有影响,。,变形速度、,试,试件尺寸、,应,应力状态及,缺,缺口形式等,对,对,T,K,也有一定影,响,响。,构

7、件用钢的,冷,冷脆现象在,生,生产上有很,大,大的实际意,义,义。通常构,件,件用钢在常,温,温拉伸时能,表,表现出很好,的,的极限塑性,，,，因此曾经,认,认为按照钢,材,材的屈服点,设,设计的各种,构,构件是安全,的,的，即使在,受,受到超载作,用,用时，也只,能,能产生过量,的,的塑性变形,而,而失效，不,会,会因构件断,裂,裂造成严重,后,后果。但在,生,生产实际中,，,，一系列低,碳,碳构件在较,低,低使用温度,下,下发生的引,起,起严重后果,的,的冷脆事故,，,，使人们认,识,识到只根据,常,常规拉伸性,能,能数据还不,能,能全面评价,构,构件用钢的,性,性能。为了,防,防止发生冷

8、,脆,脆，对构件,用,用钢还必须,要,要求低的脆,性,性转折温度,，,，并且保证,工,工作温度高,于,于,T,k,。另外加入,合,合金元素也,可,可使,T,k,下降。如,Mn,、,Al,。,三、构件用,钢,钢的应变时,效,效、淬火时,效,效及蓝脆,构件用钢加,热,热到,Ac,1,以上进行淬,火,火或经塑性,变,变形后，在,放,放置过程中,，,，钢的力学,性,性能和物理,性,性能将随时,间,间而变化。,通,通常强度、,硬,硬度增高，,塑,塑性、韧性,下,下降，并提,高,高钢的脆性,转,转折温度，,这,这种现象称,为,为时效。,塑性变形后,的,的时效称为应变时效；,淬火后的时,效,效称为淬火时效；

9、,在一般气候,条,条件下的时,效,效称为自然时效；,在较高温度,下,下进行的时,效,效称为人工时效。,不仅低碳钢,有,有时效现象,，,，其他种类,的,的钢材也有,时,时效现象，,但,但含碳量较,高,高时影响相,对,对较小，不,予,予以注意。,低碳钢经860淬火,后,后天然时效,时,时力学性能,的,的变化,低碳钢应变,时,时效（实线,，,，预变形10）及淬,火,火时效（虚,线,线，920,淬火）时,硬,硬度的变化,在一些焊接,构,构件上，由,于,于热影响区,的,的温度可以,达,达到,Ac,1,以上而产生,淬,淬火时效。,此,此时，钢的,显,显微组织没,有,有明显变化,，,，但其力学,性,性能也发

10、生,类,类似于应变,时,时效的变化,，,，强度和硬,度,度指标升高,，,，塑性指标,降,降低。如图,所,所示。,低碳钢应变,时,时效敏感性,的,的试验方法,。,。通常把钢,在,在应变时效,前,前后的冲击,韧,韧性差值与,其,其在原状态,下,下冲击韧性,值,值之百分比,C,作为钢的时,效,效敏感性的,衡,衡量标准,钢材应变时,效,效敏感性主,要,要与固溶于,a,-Fe,中少量,C,、,N,原子有关。,因,因此，应控,制,制,a,-Fe,中,C,、,N,原子数量。,为,为此，应向,钢,钢中加入强,碳,碳化物、强,氮,氮化物形成,元,元素。如,Al,、,V,、,Ti,、,Nb,等，使低碳,钢,钢中的

11、,C,、,N,原,子,子,以,以,化,化,合,合,物,物,形,形,式,式,固,固,定,定,下,下,来,来,而,而,较,较,少,少,地,地,溶,溶,入,入,a,-Fe,。,对,应,应,变,变,时,时,效,效,敏,敏,感,感,的,的,钢,钢,种,种,往,往,往,往,还,还,存,存,在,在,一,一,种,种,蓝,蓝,脆,脆,现,现,象,象,。,。,一,一,般,般,说,说,来,来,，,，,塑,塑,变,变,抗,抗,力,力,随,随,温,温,度,度,的,的,升,升,高,高,而,而,减,减,小,小,，,，,所,所,以,以,在,在,室,室,温,温,下,下,不,不,能,能,加,加,工,工,成,成,型,型,时,时,，

12、,，,就,就,可,可,以,以,在,在,较,较,高,高,的,的,温,温,度,度,下,下,进,进,行,行,加,加,工,工,。,。,但,但,低,低,碳,碳,钢,钢,在,在300,400,的,的,温,温,度,度,范,范,围,围,内,内,却,却,出,出,现,现,反,反,常,常,的,的,s,b,升,高,高,、,、,d,k,降,低,低,的,的,现,现,象,象,，,，,如,如,图,图,所,所,示,示,，,，,即,即,蓝,蓝,脆,脆,现,现,象,象,。,。,低,碳,碳,钢,钢,的,的,力,力,学,学,性,性,能,能,随,随,试,试,验,验,温,温,度,度,变,变,化,化,的,的,情,情,况,况,应,变,变,时,

13、时,效,效,增,增,加,加,时,时,，,，,蓝,蓝,脆,脆,的,的,温,温,度,度,向,向,高,高,温,温,推,推,移,移,，,，,a,k,值,通,通,常,常,在,在,500,出,现,现,谷,谷,值,值,。,。,目,前,前,认,认,为,为,，,，,蓝,蓝,脆,脆,现,现,象,象,是,是,由,由,于,于,塑,塑,变,变,时,时,位,位,错,错,运,运,动,动,速,速,度,度,与,与,该,该,温,温,度,度,下,下,固,固,溶,溶,的,的,C,、,N,原,子,子,的,的,移,移,动,动,速,速,度,度,几,几,乎,乎,相,相,等,等,造,造,成,成,的,的,，,，,所,所,以,以,应,应,变,变,

14、时,时,效,效,与,与,塑,塑,性,性,变,变,形,形,同,同,时,时,发,发,生,生,。,。,一,般,般,而,而,言,言,，,，,蓝,蓝,脆,脆,也,也,是,是,一,一,种,种,不,不,利,利,现,现,象,象,，,，,但,但,在,在,截,截,断,断,钢,钢,材,材,时,时,，,，,可,可,利,利,用,用,蓝,蓝,脆,脆,现,现,象,象,。,。,第,二,二,节,节,构,构,件,件,用,用,钢,钢,的,的,工,工,艺,艺,性,性,能,能,冷,变,变,形,形,性,性,能,能,和,和,焊,焊,接,接,性,性,能,能,一,、,、,构,构,件,件,用,用,钢,钢,的,的,冷,冷,变,变,形,形,性,性,

15、能,能,钢材的,冷,冷变形,性,性能包,括,括三层,意,意思：,钢材的,变,变形抗,力,力，它,决,决定钢,材,材制成,必,必要形,状,状的部,件,件的难,易,易程度,；,；,钢材在,承,承受一,定,定量的,塑,塑性变,形,形时产,生,生开裂,或,或其他,缺,缺陷的,可,可能性,；,；,钢材在,冷,冷变形,后,后性能,的,的变化,，,，即危,害,害或可,利,利用性,。,。,影响冷,变,变形性,能,能的因,素,素,钢材的,含,含碳量,对,对其冷,变,变形性,能,能影响,最,最大。,C,珠光体,，,塑变抗,力,力,，,塑性,钢材表,面,面质量,也,也影响,冷,冷变形,性,性能。,裂,裂缝、,结,结

16、疤、,折,折叠、,划,划痕等,缺,缺陷，,开,开裂根,源,源。,钢材冷,变,变形后,，,，强度,增,增高，,塑,塑性降,低,低，应,变,变时效,进,进一步,提,提高强,度,度和降,低,低塑性,。,。,二、构,件,件用钢,的,的焊接,性,性能,焊接性,能,能也是,重,重要的,工,工艺性,能,能，随,着,着断裂,力,力学的,发,发展，,更,更加重,视,视焊接,性,性能。,焊接材,料,料总是,不,不均质,的,的。,1.焊,缝,缝区、,半,半熔化,区,区及热,影,影响区,发,发生小,范,范围复,杂,杂冶金,过,过程、,熔,熔化过,程,程及热,处,处理过,程,程。,2.由,于,于热循,环,环及组,织,织变化,，,，产生,一,一定的,焊,焊接残,余,余应力,。,。,3.焊,接,接过程,可,可能产,生,生未焊,透,透、气,泡,泡、夹,渣,渣、裂,纹,纹等缺,陷,陷。,影响构,件,件承载,和,和使用,寿,寿命。,焊接脆,性,性：由,于,于钢材,化,化学成,分,分和组,织,织的变,化,化而导,致,致焊接,构,构件脆,断,断增加,的,的现象,。,。,焊接,脆,脆性,包,包含马氏,体,体转,变,变脆,性,性