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1、低合金及微合金低碳 铁素体珠光体型钢,本章主要内容,一、 引言 二、 影响低合金高强度钢性能的因素 三、 低合金高强度钢设计,一 引言,低合金及微合金低碳铁素体珠光体钢亦 即通常所称的低合金高强度钢. 现在对于钢的强度分类尚无明确的界 限习惯上：抗拉强度在6001000 MN/m2范 的钢称为高强度钢；抗拉强度大于12001400 MN/m2范围的钢称超高强度钢,普通低碳低合金钢按照它们使用组织大致上可划分如下： 铁素体珠光体型钢s300450MN/m2 低碳贝氏体型钢s400650MN/m2 低碳索氏体型钢s650800MN/m2 本章讨论铁素体珠光体型钢的使用组织和合金化设计,二 影响低合
2、金高强度钢性能的因素,21 低合金高强度钢强韧性的控制因素 简单的低碳锰钢的强韧性与成分组织结构的变化规律，Pickering和Gladman提出下示关系式：,从中不难看出： 珠光体是不利于韧性的组织因素，同时也引起冷脆转化温度（ITT）明显升高 间隙固溶于铁素体的游离态氮原子明显提高冷脆转化温度 Mn对冷脆转化温度的直接作用不明显 晶粒细化对强度和韧性都起有益作用 在常数项内包括P-N力和加工硬化等,分析上示关系式，能够对正火态低碳钢的强韧性配合发挥作用的因子有： 珠光体：碳的作用方式是片状或粒状的渗碳体，所以珠光体的强化作用实际上是C的强化作用的反映在流变阶段，珠光体对位错运动起阻碍作用，
3、提高加工硬化率，提高抗拉强度；同时，它对冷脆转化温度起很不好的作用,晶粒尺寸：等轴状铁素体晶粒的细化对抗拉强度作用不大，但能增高屈服强度，降低冷脆转化温度 第二相粒子：第二相沉淀在强度和韧性二方面都表现出明显的作用。为取得第二相沉淀强化作用，可考虑向钢中加入Nb、V 和Ti。 考虑三方面的问题： 1、三种元素于不同温度下在奥氏体中的溶解度 2、沉淀强化效应受到热轧后冷却速度的控制。太快：沉淀受抑止，太慢：过时效。 3、合金元素与C的配比量对沉淀强化的作用,位错密度 通过提高铁素体的位错密度可以提高其屈服强度。其中降低相变温度是比较容易的方法。但必须适当，否则将对强韧性不利。 置换固溶与间隙固溶
4、 溶质原子的固溶能同时提高屈服强度和抗拉强度。 1、作用取决于溶质原子与溶剂原子的半径差。 2、铁素体的特殊力学性能 3、置换固溶作用比间隙固溶小 4、有些置换元素能给韧性带来有利作用 合金元素对性能的影响,22 可焊性 在焊接后的冷却过程中，热影响区发生固态相变，间隙固溶的马氏体转变所引起的残余组织内应力常是裂纹形成的重要原因。因此通常用钢的 C当量来作为评定钢的可焊性参量。 1、降低C能改善热影响区的氢诱发裂纹抗力 2、焊件硬度增高，氢诱发裂纹敏感性也增加 3、层状撕裂与沿轧制平面排列的非金属相有关 4、细晶粒铁素体对焊件的强韧性有利,23 冷形变成型加工性 钢材的形变成型性主要与以下的力
5、学性能参量有关： 1、获得预定塑变量所产生的流变应力(f) 2、加工硬化率（dd） 3、塑性失稳前的最大均匀应变（u） 4、断裂应变量(T) 按形变成型性的观点出发，要求钢材具有低的f 、 dd和高的u 、 T 。,对于铁素体珠光体钢， 根据Pickering的研究工作，有如下要考虑的问题： 1、提高C含量使均匀应变和断裂应变都降低 2、屈服强度的提高将导致形变成型性的降低 3、细化铁素体晶粒对T带来益处 4、第二相粒子的形态、数量和分布对u 及T 有很大影响,5、杂质第二相质点对强度和韧性有很大作用 6、珠光体片间距和固溶强化提高加工硬化率 7、细化晶粒和第二相沉淀强化能获得良好的综合性能
6、8、置换固溶和间隙固溶能提高流变应力和加工硬化 9、形成织构影响形变成型性,三 低合金高强度钢设计,3-1 工程构件使用组织和用钢成分的设计思路 设计指标： 1、较高的屈服强度和低的冷脆转变温度，一定的屈强比 2、良好的可焊性 3、成本最低 对于热轧态工程构件用钢的设计所要着重考虑的问题有三个： 铁素体和珠光体量配比铁素体的组织形态沉淀强化第二相的类型和数量,基于上述钢的成分组织与力学性能的变化规律，以及可焊性和成型性与成分组织的控制关系可建立以下设计思路： 珠光体虽然能增加强度，但升高ITT（冷脆转化温度），继续强化不能用增加珠光体量来实现。 细化铁素体晶粒能使钢获得最佳的强韧性配合，因此细
7、晶粒是刻意追求的组织 除细晶强化，可以考虑第二相沉淀强化，因为与其他机制相比，它引起的ITT升高最少,为满足可焊性要求，参数Pcm0.2，因此钢的碳含量应低于0.20，此外，为了取得好的形变成型性需要钢的含碳量是最低的。 Mn是唯一可使屈服强度增加而又使冷脆转化温度变化最小的常用元素。不过加入量过多，可使冷却相变温度明显下降，必须控制其含量。 Nb、V和Ti在钢中所占量甚微，但对钢的力学性能富有裨益，可作为钢中的微合金化元素。 应根据u和T的不同要求来选用沉淀强化机制。,Al的加入能使晶粒显著细化，还能净化铁素体的N。 应慎重考虑置换固溶强化机制的应用。（Si、Mn） 要控制非金属相的量、形态
8、和分布方式。 适量Cu能提高构件的抗电化学腐蚀能力，但不能过多，否则将在热加工时引起脆断。 基于上述思路可知工程构件用钢的设计原则是：尽可能压低钢的碳量，充分利用铁素体细晶强化机制以及第二相沉淀强化机制。,因此，使用组织设计为：等轴状、细小晶粒尺寸的铁素体和低量珠光体的铁素体珠光体组织，或者在铁素体基体上富有均匀沉淀的第二相质点。 化学成分设计为：0.100.20C,1.5 1.7%Mn,Si量限制在0.2 0.6%以内，P和S的含量控制与普通碳素钢相同。以Al细化晶粒，往钢中加入微量的Nb、V和Ti，产生微合金化作用。 钢种举例：,32非金属相形态的控制 低合金高强度钢的力学性能受到非金属夹杂物很大的影响，其影响程度主要取决与其形态和分布。 假如可以改变夹杂物的形态，如使它变细，粒化，或者使它变脆，分布均匀而能避免偏析，便可在很大程度上减弱性能的各向异性，还可以降低微孔快速长大的危险性。 现今解决夹杂物问题的着眼点为：1、使夹杂物呈球状2、降低夹杂物的可塑性。,具体办法是向钢中假如某些元素，如Ca、Zr、Ti和稀土金属Ce。Ca是用以控制硫化物和氧化物形态，即使长条状平行排列的夹杂物变为球化或粒状的，而Zr、Ti和Ce主要为降低它们的可塑性，以使其在变形时碎化。,