細晶粒結(jié)構(gòu)鋼

1、2/10 細晶粒結(jié)構(gòu)鋼Fine-grained steel,主要內(nèi)容,,細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用含ISO18275、EN12534、ISO18276,,,,1 細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的金屬學(xué)基礎(chǔ) 1.1 金屬材料的強化方式,1）析出強化2）固溶強化3）晶界強化4）熱處理強化5）冷作硬化,1.2 細晶粒鋼的組織和性能,細晶粒結(jié)構(gòu)鋼組織和性能與其化學(xué)成分、熱處理狀態(tài) 密切相關(guān)。利用鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（CCT圖）可以很方便的了解這種關(guān)系。,C

2、 淬硬性 C+V、Ti、Nb 強度（碳化物） Mn、Ni 固溶強化、M Cr、Mo 強度、淬硬性 N+V、Ti、Nb 彌散強化（氮化物）,,,,,,,細晶粒結(jié)構(gòu)鋼熱處理主要是為了強化和改善韌性，其處理方式主要是

3、正火（正火剛）和調(diào)質(zhì)處理（調(diào)質(zhì)鋼）兩種。 正火的目的是為了碳、氮化合物以細小的質(zhì)點從固溶體中析出，起到沉淀強化作用，同時又起到細化晶粒作用?！　?調(diào)質(zhì)的目的在于獲得回火馬氏體或貝氏體組織，使鋼得以強化。低碳[ω（C）＜0.2%]回火馬氏體具有最佳的綜合性能，而貝氏體次之，強度高、韌性好。,,按照EN ISO643規(guī)定，細晶粒鋼根據(jù)其熱處理狀態(tài)可分為三類： —正火細晶粒結(jié)構(gòu)鋼

4、 標準EN10025-3 —熱機械軋制細晶粒結(jié)構(gòu)鋼 標準EN10025-4 —調(diào)質(zhì)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼 標準EN10025-6,,1.3 細晶粒結(jié)構(gòu)鋼分類,按照EN ISO643規(guī)定，細晶粒鋼根據(jù),,2 正火細晶粒結(jié)構(gòu)鋼,2.1 分類和標記2.2 化學(xué)成份2.3 機械性能2.4 正火細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的焊接,2.1.1主要類別

5、 按照EN10020進行分類，此標準中的鋼材級別S275和S355為非合金普通鋼，鋼的級別為S420和S460為合金特種鋼。2.1.2級別和質(zhì)量 此標準中說明了四種鋼級別S275，S355，S420和S460?！?所有的鋼級別按照咨詢和訂貨時的說明供貨：　　－在不低于－20℃的溫度下按照所說明的最低沖擊功數(shù)值，標記N； －在不低于－50℃的溫度下按照所說明的最低沖擊功數(shù)值，標記NL。,－標

6、準號（EN 10025－3）； 　?。瓨擞汼（結(jié)構(gòu)鋼）；　?。穸取?6mm的最低屈服強度的標識，用MPa表示；　?。┴洍l件N； 　?。髮懽帜窵用于表示在溫度不低于－50℃下按照所說明的最低沖擊功數(shù)值的性質(zhì)。,2.1.3 標記,例如 ： 在室溫條件下根據(jù)最低屈服強度355M pa 軋制的正火結(jié)構(gòu)鋼（S），在－50℃條件下的最低沖擊功數(shù)值： EN10025-3 S355 NL或者鋼材 EN1

7、0025-3 1.0546。,,,,,2.4.1正火鋼的冷裂傾向 正火鋼中合金元素 碳當量 冷裂傾向增大 板厚 2.4.2HAZ區(qū)脆化 V、Nb和（C、N）形成的碳氮化合物的析出相溶解到相中，抑制奧氏體長大，但在HAZ的粗晶區(qū)，高溫停留時間長，細化

8、組織的作用被大大削弱，粗晶區(qū)出現(xiàn)粗大晶粒及上貝氏體，M-A組元，再加上粗晶區(qū)對碳、氮固溶度的增加，導(dǎo)致韌性的降低和時效敏感性增大。,,,2.4.4正火細晶粒結(jié)構(gòu)鋼填充材料的選擇,按等強匹配的原則選擇填充材料。以母材EN10025-3 S460N為例，熔化焊時根據(jù)焊接方法、要求可選擇填充材料如： EN499E464B 即 ISO2560-AE464BEN440G465MG3Si1 即 ISO14341-AG46

9、5MG3Si1EN758T4631NiBM 即ISO17632-AT4631NiBM,,-特殊鎮(zhèn)靜鋼，無偏析-含V、Nb、Ti時效傾向小，利于組織轉(zhuǎn)變-脆性轉(zhuǎn)變溫度低（脆斷傾向?。?Re 255-500N/mm2 ,強度高，性能好-細小晶粒的強化，過熱傾向小-沒有S化物，層狀撕裂傾向小,正火細晶粒結(jié)構(gòu)鋼特點,3 調(diào)質(zhì)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼,3.1 分類和標記3.2 化學(xué)成份3.3 機械性能3.4 調(diào)質(zhì)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的焊接,3.1.

10、1主要類別 EN10025-6（2004）中這些鋼是作為熱軋鋼板和熱軋寬板來使用的，對于鋼種S460、S500、S550、S620和S690，板厚為3mm至150mm，對于鋼種S890，最大厚度為100mm，對于鋼種S960最大厚度為50mm，這些均是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)，最低屈服極限由460N/mm2至960N/mm2。,3.1.2級別和質(zhì)量　　此標準說明了七種鋼材級別。在室溫條件下其最低屈服強度有所不同?！　∷械?/p>

11、級別在咨詢和訂貨時按照下述的質(zhì)量說明供貨：　?。o標記）在不低于－20℃的溫度下按照所說明的最低沖擊功數(shù)值；　?。诓坏陀冢?0℃的溫度下按照所說明的最低沖擊功數(shù)值，標記L； －在不低于－60℃的溫度下按照所說明的最低沖擊功數(shù)值，標記L1（不包括S960）;,3.1.3 標記　　標記應(yīng)該按照EN10025-1的要求規(guī)定：　　－標準號（EN10025-6）； 　?。瓨擞汼（結(jié)構(gòu)鋼）；　　－厚度≤50mm的最

12、低屈服強度的標識，用MPa表示；　?。┴洍l件Q；　?。髮懽帜窵或者L1用于在不低于-40℃或者-60℃的溫度下的最低沖擊功數(shù)值。,例如 ： 結(jié)構(gòu)鋼（S）在室溫條件下的最低屈服強度為460MPa，調(diào)質(zhì)供貨（Q）質(zhì)量為L： 　 鋼材EN10025-6S460QL 或鋼材EN10025-61.8906,,3.4.1冷裂紋傾向大因加入合金元素，大大提高了淬硬傾向，因此冷裂傾向比較大。3.4.2

13、再熱裂紋Cr、Mo、Cu、V、Ti、Nb、B等合金元素也可能會引起再熱裂紋，其中V的影響最大，Mo次之。,3.4 調(diào)質(zhì)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的焊接,3.4.3 HAZ區(qū)的脆化 若線能量過大，高溫停留時間長會引起晶粒粗大而脆化。3.4.4 HAZ區(qū)的軟化 在HAZ區(qū)受熱未完全奧氏體化的區(qū)域，即受熱時最高溫度低于Ac1，而高于鋼調(diào)質(zhì)處理時回火溫度的那個區(qū)域有軟化的傾向，線能量越小，軟化程度越小 。,3

14、.4.5 調(diào)質(zhì)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的填充材料,等強匹配的原則選擇填充材料。在焊接填充材料的國際標準中，將熔化焊的焊接材料按熔敷金屬的屈服強度分為兩個系列： 熔敷金屬的屈服強度的小于500MPa； 熔敷金屬的屈服強度的大于500MPa。 以調(diào)質(zhì)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼EN10025-6S620Q 為例，可選用的填充材料： EN757E627Mn1NiBT 即IS

15、O18275E627Mn1NiBT EN12535T625Mn1.5NiBT 即ISO18276T625Mn1.5NiBT等,4.1熱機械軋制鋼的基礎(chǔ)知識4.2分類和標記4.3化學(xué)成份4.4 機械性能4.5 熱機械軋制細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的焊接,4、熱機械軋制細晶粒結(jié)構(gòu)鋼,4.1熱機械軋制鋼的基礎(chǔ)知識 鋼的形變熱處理（TMCP）是指：控制奧氏體化溫度、變形溫度和變形量, 獲得理想的奧氏體

16、初始狀態(tài); 變形后利用余熱控制冷卻, 獲得所希望的顯微組織, 從而達到控制金屬性能的目的。,工藝特點：在鋼的Ac3或Ac1—Ac3溫度區(qū)間形變，然后冷卻至550℃以上，再空冷獲得鐵素體-珠光體或貝氏體組織。,目的：提高鋼材的強韌性和獲得合理的綜合性能，并能夠降低合金元素含量和碳含量，節(jié)約貴重的合金元素，降低生產(chǎn)成本。,熱機械軋制細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的特點,1）較低的含碳量－ 改善韌性，改善可焊性　2）加入合金元素如Nb、Ti、V－

17、 提高強度，細化晶?！?）控制軋制（熱機械處理）－ 理想的組織結(jié)構(gòu)，較好的性能 4）避免長夾渣物－ 冷變形性好，高韌性，較小的各向異性,熱機械軋制細晶粒結(jié)構(gòu)鋼與碳錳鋼成分和碳當量對比,少量珠光體鋼對于不同的焊接方法，在不同的焊接條件下均可以無困難地進行焊接。,4.2 分類和標記,4.2.1級別和質(zhì)量　　 此標準中說明了四種鋼級別S275，S355，S420和S460?！?/p>

18、　 所有的鋼級別按照咨詢和訂貨時的說明供貨：　　 －在不低于-20℃的溫度下按照所說明的最低沖擊功數(shù)值，標記M；　　 －在不低于-50℃的溫度下按照所說明的最低沖擊功數(shù)值，標記ML；,4.2.2 標記　　標記如EN10025-1中的規(guī)定?！　。瓨藴侍枺‥N10025-4）； 　　－標記S（結(jié)構(gòu)鋼）；　　－厚度≤16mm的最低屈服強度的標識，用MPa表示；　?。┴洍l件M； 　?。髮懽帜窵用于表示

19、在溫度不低于-50℃下按照所說明的最低沖擊功數(shù)值的性質(zhì)。,例如： 在室溫條件下根據(jù)最低屈服強度355MPa熱機械軋制結(jié)構(gòu)鋼（S），在-50℃條件下的最低沖擊功數(shù)值： EN10025-4-S355ML或EN10025-4-1.8834,,4.5 熱機械軋制細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的焊接,焊接熱機械軋制的細晶粒結(jié)構(gòu)鋼時，采用較小的熱輸入，HAZ獲得下貝氏體，具有良好的韌性。4.5.1 HAZ韌性下降　　焊接熱輸

20、入過大，粗晶區(qū)晶粒嚴重長大或出現(xiàn)魏氏組織而降低韌性。熱輸入過小，粗晶區(qū)組織中馬氏體比例增大而降低韌性。4.5.2 氫致延遲裂紋的傾向　　冷卻速度過快，粗晶區(qū)組織中馬氏體比例增大而降低韌性，增加氫致延遲裂紋的傾向。,4.5.3 熱機械軋制細晶粒結(jié)構(gòu)鋼填充材料的選擇,按等強匹配的原則，選擇焊接填充材料。以母材EN10025-4 S460M為例，可選用下列填充材料：　　 EN499E464B 即 IS

21、O2560-AE464B　　 EN440G465M3Si1 即 ISO14341-AG465M3Si1　　 EN758T4631NiBM 即 ISO17632-AT4631NiBM等,,5 細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)用,,使用高強度結(jié)構(gòu)鋼的原因如下：　?。瓬p少結(jié)構(gòu)重量 　?。瓬p少到工地的運輸費用并減少單個構(gòu) 件的安裝重量　　－

22、減少焊縫體積　?。瓕\動構(gòu)件減少驅(qū)動力　?。岣吣蛽p害強度　?。岣呖勾鄶喟踩?5.1 適于焊接細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的標準和規(guī)程5.2 焊接填充材料和輔助材料標準5.3 關(guān)于細晶粒結(jié)構(gòu)鋼加工的標準和規(guī)程5.4 焊接細晶粒結(jié)構(gòu)鋼對企業(yè)的要求5.5 細晶粒結(jié)構(gòu)鋼加工制造條例5.6 細晶粒結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則,DIN EN10 028第三部分(1993年4月)壓力容器用鋼的板材 —適于焊接的細晶粒結(jié)構(gòu)鋼，正火DIN EN

23、10 028第五部分(1997年3月)壓力容器用鋼的板材 一適于焊接細晶粒結(jié)構(gòu)鋼，熱機械軋制DIN EN 10 028第六部分(1997年2月)壓力容器用鋼的板材 一適于焊接細晶粒結(jié)構(gòu)鋼，調(diào)質(zhì)DIN EN 10 052(1994年1月)鋼鐵材料熱處理概念DIN EN 10025(2004年4月)適于焊接的細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的熱軋產(chǎn)品 第一部分 一般供貨要求 第三部分

24、 正火／正火軋鋼的供貨條件 第四部分 熱機械軋制鋼的供貨條件 第六部分 調(diào)質(zhì)或析出強化狀態(tài)的高強度結(jié)構(gòu)鋼供貨條件,5.1 用于細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的標準和規(guī)程,DIN EN 10149 (1995年11月)具有冷成型的高強熱軋鋼板 一般供貨條件 一熱機械軋制的技術(shù)供貨條件 一正火或熱軋鋼技術(shù)供貨條

25、件SEW 082(1989年 6月)正火成型和熱機械處理成型的要領(lǐng)規(guī)定SEW 083(1991年10月)鋼結(jié)構(gòu)用細晶粒結(jié)構(gòu)鋼，熱機械軋制平板及長型產(chǎn)品的技術(shù)供貨條件SEW 084(1988年 8月)熱機械處理成型的細晶粒結(jié)構(gòu)鋼 一型鋼和棒料的技術(shù)供貨條件SEW 085(1988年 1月)受高載荷結(jié)構(gòu)用細晶粒結(jié)構(gòu)鋼 一型鋼和棒料的技術(shù)供貨條件,ISO18275(EN757) 高強鋼電弧焊焊條ISO18276 (EN12535)高

26、強度結(jié)構(gòu)鋼熔化極氣體保護焊藥芯焊絲ISO16834(EN12534)高強鋼氣體保護焊焊絲、棒,5.2 焊接材料和輔助材料的標準,ISO16834-AG626MMn4Ni1Mo 化學(xué)成分標記 (表)

27、 保護氣體 焊縫金屬沖擊值標記 焊縫金屬強度延伸率標記

28、 焊接方法標記 標準號,,,,,,,,,,,,ISO16834-AW556Mn4Ni1Mo,,DIN1910第12部分(1989年8月)焊接一金屬熔化焊生產(chǎn)方面的概念DIN EN ISO 13916(1996年11月)焊接時預(yù)熱，層間和保護溫度的測量DIN32 527(1984年月1日)焊接，釬焊，切割和其它相關(guān)方法的

29、熱量SEW 063(1987年4月)長途管線鋼管的成型與焊接SEW 088(1993年10月)適于焊接的細晶粒構(gòu) 關(guān)于焊接制造規(guī)程，特別是對于熔化焊SEW 088第一篇(1993年10月)一焊接時對冷裂紋的安全保證 確定最低預(yù)熱溫度SEW 088第二篇(1993年

30、10月)一確定冷卻時間 t8/5，表示焊接溫度循環(huán)DVS規(guī)程0916(1997年11月)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼熔化極氣體保護焊DVS規(guī)程0918(1988年10月)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的埋弧焊,5.3關(guān)于細晶粒結(jié)構(gòu)鋼加工的標準和規(guī)程,5.4 焊接細晶粒結(jié)構(gòu)鋼對企業(yè)的要求,5.4.1對焊接企業(yè)的基本要求 　　 每種焊接方法至少要有兩名焊工具有按ISO9606-1/EN287-1的有效的焊工證書，材料應(yīng)包括2組及3組5.4.2有效

31、的工藝評定　　1）在壓力容器制造中：按AD規(guī)程HP2/1/EN288-3　　2）在建筑領(lǐng)域及礦山的外部構(gòu)件，混凝土輸送泵和自動吊車的制造 中，按DVS1702/EN288-3：　　 對于Re≤355 N/mm2的鋼，只有在全自動或自動化焊接方法時要求，按ISO15609/EN288第3部分進行（帶角焊縫試件）　 對于Re>355 N/mm2的鋼：按DVS規(guī)程1702進行,5.4.3對企業(yè)制造資格

32、　　在壓力容器制造中：AD規(guī)程HP0　　在建筑領(lǐng)域及礦山的外部構(gòu)件，混凝土輸送泵和自動吊車的制造中：按DIN 18800第7部分的大型資格證書可擴展到細晶粒結(jié)構(gòu)鋼。5.4.4按DVS規(guī)程1702的工藝評定 高強細晶粒鋼S480N/M和S690Q（采礦工業(yè)支撐部件、混凝土輸送泵和移動式起重機，具有更高屈服強度的鋼也適用），根據(jù)規(guī)程DVS1702：2003-5在手工或半機械焊接工藝中的焊接工藝評定也需要，如

33、手工電弧焊和半機械熔化極氣體保護焊。,在制造高強度細晶粒結(jié)構(gòu)鋼時，有許多特殊要求并應(yīng)引起特別的注意。在加工制造時一定要注意鋼鐵材料規(guī)程088(1993-10)。在建筑領(lǐng)域和礦山中還要遵守DVSt規(guī)程011以及在建筑領(lǐng)域內(nèi)適用的其它規(guī)程的規(guī)定。對于細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的焊接，所有的手工，半自動和全自動的弧焊方法，如手工弧焊MAG和埋弧焊等均是適合。,,5.5 細晶粒結(jié)構(gòu)鋼加工制造條例,5.5.1 焊接填充材料 選擇焊接填充材

34、料時，盡量避免使焊縫金屬的強度高于母材。如果許用應(yīng)力沒有被充分利用時，可以使用比母材強度低的焊接材料，在選擇焊接材料和保護氣體時，考慮所能達到的沖擊功值按DVS規(guī)程0916. 細晶粒結(jié)構(gòu)鋼材料選擇——實芯焊絲,,,5.5.2 焊接填充材料和輔助材料的烘干,5.5.3 焊接熱輸入,保證焊縫和熱影響區(qū)具有較好的變形能力和足夠的強度性能而對焊接線能量上限有所限制，相反地，為了防止出現(xiàn)裂縫，對最低線能量也有要求。除線能量外，

35、焊接接頭上的溫度一時間分布也對接頭的機械性能有影響。,按德國鋼鐵材料規(guī)范（SEW088）細晶粒結(jié)構(gòu)鋼的焊接規(guī)范 t8/5的確定：　　 三維熱傳導(dǎo)　　 二維熱傳導(dǎo),板厚、預(yù)熱溫度和允許的線能量之間的關(guān)系 圖中以S690為例，條件：該能量的限定是在保證－25℃時最低沖擊功為28J。,按SEW 088規(guī)程，工件溫度 ≤5℃時予熱，當工作溫度>

36、;5℃時，按下列板厚確定： 碳當量 臨界厚度 0.18 60 0.22 50

37、 0.26 40 0.31 30 0.34 20 0.38 12

38、 0.40 8 %預(yù)熱溫

39、度不能超過最大的層間溫度，層間溫度不應(yīng)超250℃,5.5.4 焊道布置,對于焊縫構(gòu)成應(yīng)注意下列要求：　　——根據(jù)板厚和線能量采用多層焊　　——焊縫構(gòu)成由坡口面到中間 ——焊接蓋面層時要特別注意（“回火焊道”或相近的蓋面焊道構(gòu)成）,5.5.5 裝配定位用輔助焊縫及清除 對于裝配定位用的輔助焊縫，盡量采用預(yù)熱、多層焊進行焊接，同時應(yīng)采用低強度的焊接填充材料。 采用單層

40、焊焊接角焊縫時應(yīng)至少 50 mm長，最小角焊縫厚度至少為 4 mm。 點固焊縫應(yīng)在母材之上約3mm處割掉或刨掉，剩余部分打磨去除，建議隨后進行表面裂紋檢查。不允許隨意把臨時的焊接件打落。,5.5.6 火焰校正 一般不超過700℃，對于調(diào)質(zhì)細晶粒結(jié)構(gòu)鋼，只適用于在回火溫度之上短時加熱。 隨著碳含量的增加，對韌性損害的可能性就會增大。對于含碳量較低的熱機械軋制鋼這種可能性要比其它鋼

41、小。 當火焰校正溫度超過950 ℃時即使僅是對構(gòu)件表面的加熱也是應(yīng)當避免的。,5.5.7 弧疤的處理 在焊縫以外不允許打弧，不留意引起的弧疤應(yīng)打磨后進行裂紋檢驗。5.5.8 層狀撕裂 對T型接頭或角接頭，應(yīng)減小應(yīng)力，采用抗層狀撕裂性能好的鋼種。,5.5.9 消除應(yīng)力退火 消除應(yīng)力退火的溫度和時間根據(jù)相應(yīng)的材料規(guī)程來選取。5.5.10

42、 去氫處理和后熱處理 對裂縫敏感性大的接頭，如δ＞30mm Re ＞460N/mm2的鋼埋弧焊時，建議焊后做去氫處理或后熱處理。 有延遲裂縫危險時，無損檢驗應(yīng)至少在焊后48h進行。,5.6 細晶粒結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則,基本原則：　　 －盡量采用受壓構(gòu)件　　 －對于受動載構(gòu)件應(yīng)盡量選擇有利的缺口情況 －受動載時應(yīng)將焊接接頭安排在脈