目前工业上广泛使用的普通低合金结构钢很大一部分具有铁素体-珠光体组织,在热轧或正火后得到最后的性能。其组织接近钢的平衡Hale Waihona Puke Baidu织。
除去上述的常温、低温冲击韧性以及脆性转化温度以外,还有另一项涉及冲击韧性检验的问题,即钢的“时效敏感性“。普通低合金钢材经常承受冷加工,经冷加工以后在较长的使用时期或存放时期内,钢材会逐渐变脆,冲击韧性大幅度下降,这就是应变时效现象,也称为时效脆化。应变时效脆化程度的大小是用”时效敏感性“来表示的。时效敏感性的测量方法及定义是:将预先拉伸10%的板状试样,在250℃温度下经过1小时人工时效,然后制成冲击试样,测出室温冲击韧性,再与原材料的冲击韧性比较,其差值与原材料冲击韧性值的百分比就是该材料时效敏感性。一般要求比值不得大于50%,同时应变时效后的冲击值应不小于30~35J。
采用普通低合金结构钢的主要目的是减轻金属结构的重量,提高其可靠性,Kaiyun 开云因此首先要求钢材具有较高的屈服强度,但由于其工作条件的复杂性,钢材还应具有良好的综合性能。例如船舶在航行时承受较大的静载荷,海浪冲击及风力反复作用而产生的交变疲劳载荷,有的还在北方寒冷低温海域行驶。在制造过程中钢材还经受剪切、冷弯、焊接等加工工序以及由此可能产生的时效脆性。普通低合金钢的缺口冲击韧性在室温下往往出现大幅度的下将和上下波动,此时钢已经从韧性状态转化为脆性状态,也就是钢的“脆性转化温度”已经升高到室温附近所致。造成脆性转化温度上升的主要原因是钢的冶金质量和金相组织,后者包括晶粒大小、相的形态和第二相的沉淀等。因此对于普通低合金钢不仅要求具有一定的冲击韧性,而且更为重要的是要求具有尽可能低的脆性转化温度,以防止钢的脆性断裂。譬如在我国常以-40℃为脆性转化温度的检验标准。对于特殊低温设备或结构,则提出更低的温度指标。
1.铁素体-珠光体组织,目前普通低合金结构钢极大部分属于这一类,屈服强度为300~450MPa。
屈强比也是一个有意义的指标,此值越大,越能发挥材料的潜力,但为了使用安全,亦不宜过大,适合的比值在0.65~0.75之间。在交变载荷下,疲劳强度一般不小于250~270Mpa。因此这类钢也称为低合金高强度钢。
随着工业交通和科学技术的发展,普通碳素钢已不能满足重要工程结构和新型机器设备的需要。Kaiyun 开云近40多年来普通低合金钢得到迅速的发展。这类钢合金元素较低,其屈服极限比碳素钢高25%至100%以上,时效倾向小,并具有良好的焊接性和耐蚀性。这类钢一般是在热轧和正火下使用,生产过程简单,成本低廉,适宜于大生产,因此广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、工业和民用建筑、管道、起重运输机械等。使用普通低合金钢代替普通碳素钢可以节省钢材20%~30%以上,减轻运输机械的自重,增加有效载重,可以使一些机械的结构得到改善,并能增加使用寿命。
对于具有铁素体-珠光体组织的普通低合金钢,合金元素对其强度的影响方式有以下几种:(!)铁素体的固溶强化;(2)增加珠光体的相对量;(3)控制晶粒大小;(4)影响珠光体的分散度;
(5)沉淀硬化。细化珠光体组织这一方式,一般是不考虑的,因为钢中含碳量低,珠光体的数量较少。
溶于铁素体中的合金元素大都能提高铁素体的强度。一般认为,合金元素与铁原子半径之差越大,强化越显著,而且点阵常数收缩时比点阵常数增大时的效果更大。与α-Fe点阵不同的,在室温下溶解度小的元素作用较大。另外还应考虑到电子的交互作用,合金元素按其在平衡条件下引起强化的递增顺序排列如下:铬、钴、钨、钒、钼、镍、铜、铝、锰、钛、硅、磷。合金元素对抗拉强度的提高和对硬度的提高一样。合金元素对屈服强度的提高特别显著。合金元素对铁素体的塑性影响较小,只是略微降低塑性指标δ和
,硅和锰在含量超过2%以后降低铁素体的塑性较显著。
提供碳含量可以增加珠光体数量,提高钢的屈服强度和抗拉强度, 但提高含碳量有一定限度,因为会影响焊接性能。冷脆性和其它性能,除个别钢种外,碳含量一般限制在0.2%以下。在碳含量受到限制的情况下,这类钢强度的提高主要依赖于少量而多种合金元素的加入来达到,总加入量不超过5%,一般在3%以下,多为1~2%。
在塑性方面,要求厚度为3~20mm的钢材延伸率(δ5)不小于21%。室温冲击韧性在纵向和横向方面不小于80和60J/cm2,在-40℃或经过时效处理后冲击韧性的下降应不超过50%,即不低于30~40J/cm2。换句话说,钢的冷脆转变温度应为30℃左右。
工程用钢的一个重要性能就是能用普通方法进行加工成型。这种加工成型包括剧烈的机械加工变形,如剪切、开云体育 kaiyun.com 官网入口冲孔、热弯和焊接,同时材料还要适合火焰切割。由于焊接方法的效率高,开云体育 kaiyun.com 官网入口加工质量好,节约钢材,已代替过去常用的铆接。钢结构在焊后不易进行热处理,故要求有良好的焊接性能,即焊接后联系部分的性能不低于或很少低于焊件本身,焊缝附近热影响区的性能变化要小,焊接时在焊缝及其附近区不致产生裂缝。影响焊接性能的因素很多,要根据具体使用条件选择不同的方法进行试验。用于冷冲的钢板需要有良好的冲压性能。
普通低合金结构钢按屈服强度分为Q295AB、Q345CDE、Q390ABCDE、Q420ABCDE、Q460ABCDE。A级不要求冲击,B级室温冲击,C级0℃冲击,D级-20℃冲击,E级-40℃冲击。桥梁用钢分为Q235qCD、Q345qCDE、Q370qCDE、Kaiyun 开云Q420qCDE。C级0℃冲击,D级-20℃冲击,E级-40℃冲击。钢的屈服强度主要取决于显微组织,目前普通低合金结构钢所达到的强度与组织的关系如下:
这里主要指在各种大气条件下的抗腐蚀能力。使用普通低合金结构钢以后,由于减少了结构中钢材的厚度,所以必须相应地提高由于大气腐蚀而引起的消损率。影响大气腐蚀的因素很多,大气湿度越大,腐蚀的速度越快,大气成分对腐蚀速度有很大的影响,大气中含有SO2、NaCl、灰尘等均加速腐蚀,碳素钢在某些工业区的腐蚀速度比在干净空气中可以快几倍或几十倍。因此,低合金钢的耐腐蚀试验除了在实验室进行外,还要在大气腐蚀站和使用地点进行实验。