700MPa桥梁用低碳贝氏体钢强度设计.docx

材料强度设计1、任务书 题目：700MPa级桥梁用低碳贝氏体钢设计性能要求：1）Rp0.2≥550MPa Rm≥700MPa Ag（-20℃）≥120JTc=-30℃2）良好的焊接性能 Ceq≤0.4 Pcm≤0.183）良好的耐候性能设计要求：撰写格式 1、任务书 2、前言（表述该钢的作用和发展状况） 3、工序设计（该钢的生产流程图及流程图工序说明）4、化学成分设计（碳及各个合金元素的作用） 5、强度设计（进行各种强化方法的强度贡献）6、其它性能计算与说明（如焊接性能、耐候性能等） 7、文献总结（每个学生独立查阅与该类钢相关的三篇以上的文献总结） 8、参考文献2.前言　 微合金低碳贝氏体钢是一类高强度、 高韧性、 焊接性能优良的新一代钢种 ,主要应用在工程机械、 造船和石油天然气输送管线等行业 ,由于该钢种高的强度和优异的低温韧性 ,引起世界各国研究者的瞩目。低碳贝氏体钢主要分为两大类:一类是以美国和加拿大为代表的 Fe-Cu-Nb-B系列 ,另一类是以日本为代表的 Fe-Mn-Nb-B 系列。此类钢大幅减少了碳的含量 ,钢的强度不再依赖碳的含量 ,而是以贝氏体基体组织中的位错强化、微合金钢经控轧控冷后组织细化强化及V、 Nb、 Ti 微合金元素的析出强化和ε-Cu 沉淀强化为主 ,从而使该类钢强韧性匹配极佳 ,尤其是焊接性能较传统的 HY系列等钢种有了大幅度提高,在 0 ℃以上不需进行预热和焊后热处理 ,所以制造和维修成本都得到降低。通过采取不同的冷却工艺 ,可以改变微合金低碳贝氏体钢中相变产物的类型、 各相变组织的比例、 组织细化等 ,从而改善钢的性能。 超低碳贝氏体钢( ULCB)是近20年来新研制的高强度、高韧性，并具有优良焊接性能的新钢系，被世界各国称为21世纪新一代钢铁材料。它的出现是社会需求和现代冶金技术发展的必然结果。 以前工业上长期使用的强度在600MPa以上的钢种主要为调质钢。这类钢强韧性能较好，具有很高的综合性能，但对于大尺寸构件，为了在截面上得到马氏体组织，钢中不得不添加相当数量用于提高淬透性的合金元素，所以合金元素的加入量较大。另外，调质钢生产路线长，工艺复杂，能耗及成本高，在保证板形及表面质量方面也需要很多的投入。另一方面，调质钢的马氏体强度水平主要受碳含量和回火温度控制，为了保证得到马氏体组织，钢中碳含量难以下降。由于钢的碳当量较高，结果虽然可以经淬回火处理获得较好的强度性能，但低温韧性和焊接性能却较差。合金含量高的高强度调质钢在焊接时常需要进行焊前预热与焊后处理，这给使用，特别是大型构件中的使用，造成困难。以上种种因素使得传统钢种强度水平的提高与保证良好焊接性能之间形成突出的矛盾。 为了实现焊接性能明显改善，必须要把钢中碳当量大幅度降下来。但是传统的以铁素体和珠光体为主要组织结构的具有较好韧性的钢材，在碳含量较低的情况下很难提高强度。因此，面对社会对更高强度级别同时又有高韧性及良好焊接性能的钢种的日益增长的需求，就必然催生新型基体组织的钢种。超低碳贝氏钢就是这样应运而生。 超低碳贝氏体钢以极为细小的各种形态的贝氏体板条组织为基本的组织特征，并加以Nb 、Ti 、Mo 、V、Cu 的析出强化。这类钢的强度不再依靠钢中碳含量，而主要通过细晶强化，位错及亚结构强化，铌，钛，钒微合金元素析出强化.以及ε－Cu 沉淀强化等方式来保证，钢的强韧性匹配极佳，尤其是具有优良的野外焊接性能和抗氢致开裂能力。这类钢中碳含量很低（小于0. 05 %），因此碳的危害、碳化物析出的影响等问题几乎完全消除，特别是焊接性能极佳，热影响粗晶区在各种冷却条件下均能得到极高韧性的贝氏体组织，具有很低的焊接裂纹敏感性，可以实现焊前不预热、焊后不热处理，无任何淬硬倾向，这是其它类型钢所无法比拟的。超低碳贝氏体钢在美国、英国、日本、德国等发达国家都得到了广泛的应用，已被用在石油天然气管线、工程机械、海洋设施、汽车、桥梁、造船、海军军舰、压力容器等各领域。我国在超低碳贝氏体钢的研发和应用方面与国际水平还有较大差距，应加大力度，急起直追。3.工序设计炉外脱硫炼铁铁水热送转炉炼钢脱氧（成分分析）VOD（脱气）LF（成分分析）盛钢桶（加合金元素）中间包（测温）连铸铸坯检查探伤均热（温度确定）初轧（温度确定）精轧（温度确定）控制冷却（制度确定）热处理（制度确定）检查分析成品入库4.化学成分设计为了保证钢的性能，采用低碳（0.05-0.1%）或超低碳（≤0.05）以及Cu、Nb、Mo等元素，各元素的作用及含量如下：C：为保证钢具有良好的焊接性能及韧性，同时也为了消除钢中的偏析，保证钢的性能均匀，必须选用低碳或超低碳，设计任务书要求裂纹敏感系数Pcm≤