关键词 |
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性能要求
1、良好的综合机械性能。普通低合金结构钢应具有较高的屈服极限,但由于其工作条件的复杂性,还应具有良好的综合机械性能。例如在使用中能承受各种应力的作用(例如温差应力、交变疲劳载荷产生的应力等),在制造过程中能经受剪切、冷弯、焊接等加工工序,以及由此可能产生的时效脆性。
2、良好的工艺性能。要求普通低合金钢应具有良好的加工成型性能,使用普通方法如剪切、冲压、热弯和焊接等加工过程制造质量良好的成品。对于锅炉、压力容器、钢结构等一般采用焊接方法,因此要求钢材应具有良好的火焰切割性能和焊接性能,焊缝附近热影响区的性能变化小,焊缝及其附近区域不致产生裂纹,焊接接头的综合机械性能应不低于(或很少低于)母材。另外,还要求钢材具有良好的冷冲压性能。
3、良好的耐腐蚀性能。由于普通低合金钢和强度大大碳钢,用其制造压力容器、钢结构等的壁厚比碳钢小得多,因此相应地提高大气腐蚀(特别是海洋大气腐蚀)引起的消损率,使其具有良好的抗各种大气条件下腐蚀的能力。因此,钢材的耐腐蚀试验除在实验室进行外,还应在使用现场进行。当然,采取合适的外防腐技术,对于碳钢、低合金钢等材料是的。
锰、硅两种元素都能固溶于铁素体中,有显著的固溶强化作用,其他还有铬、镍、铜、钴等。考虑到节约成本和资源条件,我国在普通低合金钢中,锰、硅是常用的合金元素。在低碳条件下,含锰量在1.8%以下时,不但能提高钢的强度,仍可保持较高的塑性和韧性。此外,锰同时有扩大奥氏体区的作用,使钢的共析点向左下方移动,从而具有数量较多、组织较细的珠光体组织,也使钢的强度相应提高。
低合金结构钢中硅加入量一般在0.2%~1.7%范同内,超过后将降低韧性。铬、镍也是铁素体固溶强化元素,镍对于改善低温韧性有良好作用;磷强化铁素体效果显著,但因增加冷脆性,使用时要限制其含量高不超过0.15%,且磷、碳含量总和应限制在0.25%以下。
低合金结构钢,合金元素含量较少,一般在3%以下,主要起细化晶粒和提高强度的作用。这类钢的强度显著相同碳含量的碳素钢,所以常称其为低合金高强度钢。它还具有较好的韧性、塑性以及良好的焊接性和耐蚀性。初用于桥梁、车辆和船舶等行业,它的应用范围已经扩大到锅炉、高压容器,油管、大型钢结构及汽车、拖拉机、挖土机械等产品方面。
成分特点
(1) 低碳:由于韧性、焊接性和冷成形性能的要求高,其碳含量不超过0.20%。
(2) 加入以锰为主的合金元素。
(3) 加入铌、钛或钒等辅加元素:少量的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物,有利于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。
此外,加入少量铜(≤0.4%)和磷(0.1%左右)等,可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土元素,可以脱硫、去气,使钢材净化,改善韧性和工艺性能。
常用低合金结构钢
16Mn是我国低合金高强钢中用量广泛多、产量大的钢种。使用状态的组织为细晶粒的铁素体—珠光体,强度比普通碳素结构钢Q235高约20%~30%,耐大气腐蚀性能高20%~38%。
15MnVN 中等级别强度钢中使用多的钢种。强度较高,且韧性、焊接性及低温韧性也较好,被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。
强度级别超过500MPa后,铁素体和珠光体组织难以满足要求,于是发展了低碳贝氏体钢。加入Cr、Mo、Mn、B等元素,有利于空冷条件下得到贝氏体组织,使强度更高,塑性、焊接性能也较好,多用于高压锅炉、高压容器等。