超高强度管线钢的研究现状与展望
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超高强度管线钢的研究现状与展望
作者：刘西畅陈震李喜庆冯宁波
来源：《科学与财富》2018年第08期
摘要：随着输油输气行业的迅速发展，管线钢作为主流用钢，其经济性、可靠性和稳定
性越来越受到关注。本文从我国管线钢的发展历程出发，以宝钢为例，介绍了现阶段我国管线钢的生产情况和应用情况，并通过组织成分、生产工艺以及焊接工艺等方面重点介绍了现阶段超高强管线钢的研究现状，并肯定了其未来广阔的发展前景。
关键词：管线钢；超高强度；X100/X120；研究现状
1 引言
随着近年来石油和天然气需求量的日益增长，输油输气管线也在迅速发展。由于恶劣的开采环境，开采作业中管线钢的经济性、可靠性和稳定性越来越受到关注。研究表明，与X80
相比，X120的强度提高了近50%，可节省管线工程投资10%左右。近年来，使用高等级、大壁厚管线用钢呈现出越来越强的发展态势[1]。
2 我国管线钢的发展历程
我国管线钢的发展十分迅速。上世纪六七十年代主要采用国内生产的A3、16Mn，随后因强度不足很快淘汰。八十年代后按美国API标准生产的管线钢板开始兴起，但由于国内技术落后，多使用进口板。九十年代后，国内管线板生产发展很快，各大钢厂相继开发生产高钢级管线钢。以宝钢为例，宝钢于1995年开始批量生产X52管线钢，在十多年的时间里，宝钢生产的常规和抗腐蚀高钢级管线钢总量超过400万吨。近两年在宝钢人的努力下，不仅产量得到飞跃，还成功开发了超高强管线钢种。目前管线钢板卷已经用于西气东输管线，中俄管线等国内外输油输气重大工程[2-3]。
3 超高强度管线钢的研究现状
超高强管线钢对于降低输送管线的建设成本和确保安全性方面优势明显，其将来必定会成为管线产业的新宠。
3.1 超高强度管线钢的化学成分与微观组织
不同强度级别的管线钢不仅化学成分不同，也有着完全不同的微观组织，不同的显微组织决定了其不同的机械性能。根据显微组织的不同，管线钢可分为铁素体-珠光体型管线钢、针状铁素体型管线钢、贝氏体-马氏体型管线钢及回火索氏体型管线钢[4]。
国内外桥梁用钢现状简述
国内外桥梁用钢现状简述 摘要:国外已开发出屈服强度960 MPa的高强度桥梁结构用钢,以及屈服强度 690MPa 的耐候桥梁结构用钢产品,均已在工程中实际应用;国内开发出与HPS 70W 接近的高性能桥梁结构用钢,并已实际使用,但产品在在可焊性、耐候性方面的差距较大。 关键词:桥梁;结构钢;高性能 前言 随着桥梁建设地域的扩展,其面临的恶劣服役条件对桥梁结构用钢,在力学性能、工艺性能和耐候性能等方面提出了更高的要求,目前正沿着“碳锰钢→高强钢→高性能钢”的轨迹发展,应用于桥梁结构的高性能钢已成为目前各国研究热点[1]。 1国外桥梁结构用钢 1.1高强韧性 以往桥梁建设多采用碳锰钢,相同构件采用高强钢能够减小桥梁结构厚度以 降低其自重,有利于增大跨距,改善施工和养护条件,加上钢桥的推广应用,刺激了 桥梁建设对高强钢(屈服强度不小于345MPa)的市场需求并逐步替代碳锰钢(屈服强度接近235 MPa),尤其在钢梁、钢桁等关键部位. 美国在高强度桥梁结构用钢方面的研究起步较早,ASTM A709/ A709M-11标准中涵盖了36(250 MPa)、50 (345 MPa)、70 (485 MPa) 和100(690 MPa)强度级别,均已开发成功并实际应用于超过200 座桥梁,其中50 级钢包括低合金钢和耐候钢,70 级和100 级钢为高耐候的HPS。 1996 年,美国田纳西州路马丁河湾公路桥采用HPS 70W 钢替代三根连续焊接钢梁原先设计使用的HPS 50W 钢,在满足各州公路及运输工作者协会桥梁设 计规范要求的前提下,桥梁结构自重减轻了24%,建造使用钢材的费用降低了10%。美国宾夕法尼亚州福特城大桥混合采用HPS 70W钢和HPS 50W 钢,在负力矩区域使用HPS 70W 钢,其余区域使用HPS 50W 钢,消除了钢梁腹板高度差并节约 了纵向腹板栓连接的成本,据测算,该桥结构重量减小了20%。由于100 级钢的切割、焊接和加工对施工环境要求高,且价格高,实际工程中应用较少,目前桥梁建设以美标50 和70 级钢为主,未来50 级耐候钢用量将大幅攀升[1] 。经多年
低合金高强度结构钢GBT
低合金高强度结构钢GB/T 1591-2008 一，范围 本标准规定了低合金高强度结构钢的牌号、尺寸、外形、重量及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明书。 二，规范引用文件 GB/T 222 钢的成品化学成分允许偏差 GB/T 223.5 钢铁酸溶硅和全硅含量的测定还原性硅酸盐分 分光光度法 GB/T 223.9 钢铁及合金铝含量的测定铬天青S分光光度法 GB/T 223.12钢铁及合金化学分析方法碳酸钠分离-二笨碳酰 二肼光度法测铬含量 GB/T 223.14钢铁及合金化学分析方法钽试剂萃取光度法测定钒含量 GB/T 223.16钢铁及合金化学分析方法变色酸光度法测钛含量GB/T 223.19钢铁及合金化学分析方法新亚铜灵三氯甲烷萃取光度法测定铜含量 GB/T 223.23钢铁及合金镍含量的测定丁二酮肟分光光度法 GB/T 223.26 钢铁及合金钼含量的测定硫氰酸盐分光光度法GB/T 223.37钢铁及合金化学分析方法蒸馏分离腚酚蓝光度法测定氮含量 GB/T 223.40 钢铁及合金铌含量的测定氯磺酚S分光光度法
GB/T 223.62钢铁及合金化学分析方法乙酸丁酯萃取光度法测定磷含量 GB/T 223.63钢铁及合金化学分析方法高锰酸钾光度法测锰量GB/T 223.67 钢铁及合金硫含量的测定次甲基蓝分光光度法GB/T 223.69 钢铁及合金碳含量的测定管式炉燃烧气体容量法GB/T 223.78钢铁及合金化学分析方法姜黄素直接光度法测定硼含量 GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法(ISO 6892) GB/T 229 金属材料夏比摆锤冲击试验方法验方法(ISO 148) GB/T 232 金属材料弯曲试验方法(ISO 7438) GB/T 247 钢板和钢带包装、标志、质量证明书的一般规定GB/T 2101 型钢验收包装、标志、质量证明书的一般规定GB/T 2975 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样的制备(ISO 377) GB/T 4336 碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析法GB/T 5313 厚度方向性能钢板(ISO 7778) GB/T 17505 钢及钢产品交货一般技术要求(ISO 404) GB/T 20066 钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法(ISO 14284) GB/T 20125低合金钢多元素的测定(ISO 7778)电感耦合等离子体原子发射光谱法 YB/T 冶金技术标准的数值修约与检测数据的判定原则
高强度钢板介绍
高强度钢板介绍 牌号Q420钢，强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能。主要用于大型船舶，桥梁，电站设备，中、高压锅炉，高压容器，机车车辆，起重机械，矿山机械及其他大型焊接结构件。 牌号Q460钢，强度最高，在正火，正火加回火或淬火加回火状态有很高的综合力学性能，全部用铝补充脱氧，质量等级为C、D、E级，可保证钢的良好韧性的备用钢种。用于各种大型工程结构及要求强度高，载荷大的轻型结构。 1.1 国内 国内对汽车用高强度钢板倾向于分为两类： 普通高强度钢板抗拉强度或屈服强度相对较低，或采用传统工艺或传统工艺少许改进即能生产出来高强度钢板。如烘烤硬化钢板、含磷钢板、高强度IF 钢板以及HSLA钢板等。 先进高强度钢板需要采用先进设备及工艺方法才能生产出来的钢板，如双相钢板（DP钢板）、复相钢板（CP钢板）、相变诱发塑性钢板（TRIP钢板）和马氏体钢板（M钢板或Mart钢板）等。 1.2 日本 将抗拉强度不低于340MPa的冷轧钢板和抗拉强度不低于490MPa的热轧钢板通称为高强度钢板（HSS）。 1.3 德国（BMW） 高强度钢板（HSS）屈服强度高于180MPa（包括180MPa），低于300MPa 的钢板。 先进高强度钢板（AHSS）屈服强度高于300MPa（包括300MPa），低于600MPa 的钢板。 超高强度钢板（UHSS）屈服强度高于600MPa（包括600MPa）的钢板。1.4 ULSAB组织 ULSAB组织将高强度钢板分为两类：屈服强度为210～550MPa的钢板定义为高强度钢板（HSS）；屈服强度大于550MPa的钢板定义为超高强度钢板（UHSS）。 1.5 国际钢铁协会（IISI） 把高强度钢板从定性概念上定义为高强度钢板（HSS）和先进高强度钢板（AHSS）。 2 高强度钢板的品种介绍 2.1 普通高强度钢板 （1）高强度IF钢板是在IF钢的基础上，添加不同类型的强化元素（如固溶强化元素P、Mn、Si）和适当的轧制工艺控制，使钢材在保证良好塑性和冲压性能的同时，拥有较高的强度，满足复杂形状轿车冲压件性能要求。 （2）烘烤硬化钢板（BH钢）包括IP钢烘烤硬化钢板和低碳烘烤硬化钢板两种。特点是钢板冲压成形前具有较低的屈服强度，通过冲压成形后的涂漆烘烤工艺使钢板的屈服强度增加。 （3）含磷钢板利用磷在钢中的固溶强化作用进行强化。含磷钢板可以用来冲制一些形状比较复杂的汽车冲压件。 （4）超低碳含磷钢板特点是具有良好的深冲性、塑性和韧性，P、Mn、Si 等元素的固溶强化作用保证了其强度。
超高强度船体结构钢的开发现状与趋势
超高强度船体结构钢的开发现状与趋势 发表时间：2018-08-10T15:17:55.367Z 来源：《科技中国》2018年4期作者：汤卫兵黄振毅[导读] 摘要：超高强度船体结构钢在制造领域，通常被用来为海洋平台或者大型船舶提供结构上的强度支撑，促进海洋油气开发工程的顺利推进，有着广阔的应用前景。基于此主要发展情况，本文首先分析当前国内外超高强度船体结构钢的开发现状，同时立足于此主要现状，深入探索在未来的制造业消费市场中，超高强度船体结构钢的发展趋势，希望能够为超高强度船体结构钢的科学应用提供理论层面借 鉴。 摘要：超高强度船体结构钢在制造领域，通常被用来为海洋平台或者大型船舶提供结构上的强度支撑，促进海洋油气开发工程的顺利推进，有着广阔的应用前景。基于此主要发展情况，本文首先分析当前国内外超高强度船体结构钢的开发现状，同时立足于此主要现状，深入探索在未来的制造业消费市场中，超高强度船体结构钢的发展趋势，希望能够为超高强度船体结构钢的科学应用提供理论层面借鉴。 关键词：超高强度船体结构钢；焊接性能；析出粒子 引言：在建造船体结构钢的时候，一定要严格按照船级社的建造规范依次开展施工工艺，使得最终制造出来的船体结构钢质量能够满足船体结构的建造需要。通常来说，船体结构钢的强度有着严格的等级划分标准，其中超高强度结构钢属于强度要求最高的一种类型，要求在建造的时候严格按照强度等级超出420MPa的标准来开展生产工艺，使得最终建造出来的钢强度能够满足大型船舶的运航需求。 一、浅析超高强度船体结构钢的开发现状 （一）生产工艺的开发现状 传统的TMCP技术发展至今，已经逐渐演变成了超高强度船体结构钢的生产工艺。在建造超高强度船体结构钢的时候，技术人员通常会注意将TMCP技术的粗轧温度稳定在1000℃-1050℃之间，接着运用大道次压下量的方法，让形变的部位能够逐渐渗透到板坯心部，使得其中的奥氏体材质逐渐结晶。当前已经出现了新的生产工艺，能够结合大型船舶对超高强度船体结构钢质量的使用需求，大幅优化TMCP生产工艺的性能，使得结晶环节中的材料下压率能够超过40%，再逐渐回温到Ar3温度以上，最后可以通过冷却方法的利用，得到具有细小晶粒的室温组织，这种新型生产工艺的好处便是能够显著增强超高强度船体结构钢大强度[1]。 （二）HY系列的开发现状 超高强度船体结构钢HY系列，主要包括美国研制出来的HY80、HY100以及HY130等系列，还有能够替换HY80的HSLA80系列，以及能够替换HY100的HSLA100系列。HY系列的超高强度船体结构钢具有非常高的强度等级，甚至能够达到550MPa-890MPa，主要是因为HY 系列的超高强度船体结构钢具有大量的Ni物质。当超高强度船体结构钢中的Mn含量能够达到1.6%的时候，Ni的含量能够达到1.02%，这时侯超高强度船体结构钢的强度性能最高，正是因为HY系列的超高强度船体结构钢采用了高Mn+低Ni的成分配置方法，所以该系列的钢结构的强度较高，但是焊接性能有所欠缺。 （三）HSLA系列的开发现状 相比之下，HSLA系列的超高强度船体结构钢在碳当量，以及裂纹敏感系数方面的生产工艺都与HY系列存在着较大的不同。首先，HSLA系列的超高强度船体结构钢显著降低了C、Cr、Ni的含量，同时又增加了Cu、Mo和Mn的含量，使得最终制造出来的HSLA系列超高强度船体结构钢，相较HY100钢要多出大量的Mn、Mo、Ni含量，但是Cr的含量却要少很多，只能在一定程度上改善HY系列超高强度船体结构钢的碳当量以及裂纹敏感系数，也就是说实现了焊接性能的有效改善，并且合金元素也有了极大的改善，整体来说HSLA100系列超高强度船体结构钢逐渐转变成了双向组织的超高强度船体结构。 二、浅析超高强度船体结构钢的发展趋势 （一）Cu析出粒子的优化 目前，国内外超高强度船体结构钢的研发，正在逐步向改善强韧化方法以及保持适当碳当量值的方向发展，以期大幅提高超高强度船体结构钢的强度性能。开发超高强度船体结构钢的时候，引出的析出强化粒子主要为Cu粒子，这种Cu粒子的优势在于能够与超高强度船体结构钢的组织类型、变形程度达到良好的契合，从而加强Cu粒子在界面的偏聚情况，使得析出的Cu粒子激活能开始有所降低。如此一来，通过Mn以及Ni的添加，能够显著降低Cu粒子的临界形核功，继而利用三种元素之前的相互契合与相互作用，有效提升奥氏体的稳定性，最终达到强化超高强度船体结构钢结构强度的效果[2]。 （二）化合物析出粒子 在回火温度升高的条件下，超高强度船体结构钢会析出大量富含Nb、Ti的碳氮化物。这些化合类物质的尺寸基本处于10-20nm之间，在Nb、Ti显著增高的前提下也不会导致超高强度船体结构钢中碳当量的增加，能够有效减缓C原子的扩散速度。在电子搅拌离心力的作用下，细小的钛氧化物粒子开始逐渐向周边扩散，等到冷却之后就能够产生纳米钛氧化粒子，可以有效抵抗奥氏体的生产，从而显著改善超高强度船体结构钢的力学性能，使得最终生产出来的超高强度船体结构钢在质量性能商更为优越，是为未来超高强度船体结构钢的主要发展方向。 （三）焊接性能的提升 焊接性能的提升能够改善超高强度船体结构钢的性能，增强其在结构方面的铸造质量。在目前的生产工艺中，超高强度船体结构钢一旦经受了高温热循环处理，便会导致结构的韧性开始下降，影响到钢结构最后的焊接效果。因此，未来提升超高强度船体结构钢的焊接性能将成为主要的发展方向，目的是为了提高焊接前预热、焊接后回火处理的效果，保证超高强度船体结构钢在生产工艺能够获得良好的焊接效果，继而逐步突破超高强度船体结构钢焊接工艺方面存在的难点，促进超高强度船体结构钢强度等级的提高。 结束语：综上所述，目前我国的超高强度船体结构钢开发正在逐步取得新的进展，面临的各项技术瓶颈也在不断的被突破，未来超高强度船体结构钢还将在我国走向纵深化的发展道路。但是与此同时，技术人员还要意识到超高强度船体结构钢开发过程中存在的技术难点，继而从韧性、强度以及焊接性能等方面出发，全面推动超高强度船体结构钢的研发技术走向质的飞跃，提升船体结构的稳定性。参考文献： [1]雷玄威, 黄继华, 陈树海,等. 超高强度船体结构钢的开发现状与趋势[J]. 材料科学与工艺, 2015, 23(4):7-16. [2]陈佳, 孙明, 隋丹,等. 高强度船体结构钢的现状与发展[J]. 工程技术:全文版, 2016(2):00289-00289.
GBt1591-94低合金高强度钢
返回 中华人民共和国国家标 准 低合金高强度结构钢GB/T1591-94 High strength low alloy 代替GB1591-88 structural steels 本标准参照采用IS04950：1981《高屈服强度扁平钢材》和IS04951：1979《高屈服强度钢棒材和型材》。 1 主题内容与适用范围 本标准规定了低合金高强度结构钢的牌号和技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志及质量证明书等。 本标准适用于热轧、控轧、正火、正火加回火及淬火加回火状态供应的工程用钢和一般结构用厚度不小于3mm的钢板、钢带及型钢、钢棒,一般在供应状态下使用。 本标准规定低合金高强度结构钢的化学成分也适用于钢锭、连铸坯、钢坯及其制品。 2 引用标准
3 牌号表示方法 钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三个部分按顺序排列。 例如:Q390A 其中: Q--钢材屈服点的"屈"字汉语拼音的首位字母; 390--屈服点数值,单位MPa ;
A、B、C、D、E一一分别为质量等级符号。 4 尺寸、外形、重量等要求 尺寸、外形、重量及允许偏差应符合相应标准的规定 5 技术要求 5.1 牌号和化学成分 5.1.1 钢的牌号和化学成分(熔炼分析)应符合表1规定。合金元素含量应符合GB/T13304对低合金钢的规定。 注:表中的AI为全铝含量。如化验酸溶铝时,其含量应不小于0.010%。 5.1.1.1 Q295的碳含量39j0.18%也可交货。 5.1.1.2 不加V、Nb、Ti的Q295级钢,当C≤0.12%时,Mn含量上限可提高到1.80%。 5.1.1.3 Q345级钢的Mn含量上限可提高到1.70%。
国内外钢材强度
3 材料 3.1 结构钢材 3.1.1 概论 本章规范涉及根据以下条款之一进行装配式结构的设计，其中结构钢设计强度不超过460N/mm2。条款1： 遵照附录A1.1的相关材料标准之一和条款3.1.2所列的基本要求并且由具有质量保证体系的厂商生产的钢材。 条款2： 没有按照附录A1.1的相关标准之一但是来自于具有认可质量保证体系的厂商的钢材。这些钢材在使用前需进行测试以表明其能够满足某个相关标准。附录D1列出了关于测试试样尺寸的要求。条款3： 不确定钢材；没有包含在条款1、条款2或条款1H中的钢材。在使用前必须对这些钢材进行拉伸试验，以证明其能够满足预期设计目的。附录D1列出了关于测试试样尺寸的要求。对这些材料的使用进行了用途的约束和限制。 章节3.1涉及热轧型钢和冷成型空腹截面型钢，同时章节3.8涉及冷成型开口截面型钢和压型钢板。 根据条款3.1.3列出的附加的要求和限制，规范包括了一个高强钢材的级别，其强度大于 460N/mm2同时不超过690N/mm2，并且由具有认可质量保证体系的厂商生产。 条款1H： 屈服强度大于460N/mm2并且小于或等于690N/mm2同时满足附录A1.1所列某个相关标准的高强钢材。条款3.1.3给出了关于这些钢材及生产厂商的基本要求。附录D1列出了关于测试试样尺寸的要求。 本规范没有涉及屈服强度大于690N/mm2的超高强度钢材。根据香港建筑权威的批准，其可以以专有高强拉杆或拉筋的形式，用于抗拉螺栓连接的应用，或者其它用途。在这些情况中，RSE必须提供彻底的证明，以确保香港将建筑权威材料文件递呈中的所有要求都能够满足。 本规范包括弹性和塑性分析及设计。塑性分析和设计不允许用于不确定钢材或屈服强度大于 460N/mm2的钢材。高强钢材可能有利于某一些临界极限状态，但限制了抗屈曲能力的改善。它们的使用没有能够改善疲劳和正常使用状态的性能。 表3.1－强度等级概括表
超高强度钢
超高强度钢现在已发展成为应用范围很广的一类重要钢种，如已经大量应用于火箭发动机外壳、飞机起落架、防弹钢板等性能有特殊要求的领域。 随着洁净化、微合金和控轧控冷等先进冶金技术在钢铁企业的逐步推广和应用，钢材的品质得到了大幅度提高，发达国家正在研制相当于目前常用钢材抗拉强度数倍的超高强度钢。这种钢具有超细化、超洁净、超均质的组织和成分的特征，以及超高强度和超高韧性的特点。超高强度钢与普通结构钢的强度的界限目前尚无统一规定，习惯上是将室温抗拉强度超过1,400MPa、屈服强度大于1,200MPa 的钢称为超高强度钢。超高强度钢除了要求其高的抗拉强度外，还要求具有一定塑性和韧性、尽可能小的缺口敏感性、高的疲劳强度、一定的抗蚀性、良好的工艺性能、符合资源情况及价格低廉等。超高强度钢现在已发展成为应用范围很广的一类重要钢种，如已经大量应用于火箭发动机外壳、飞机起落架、防弹钢板等性能有特殊要求的领域，而且其使用范围正在不断地扩大到建筑、机械制造、车辆和其它军事装备上。因此，超高强度钢不仅是钢铁材料研究的重要方向，而且具有广阔的应用和发展前景。 超高强度钢的发展 超高强度合金钢是为满足某些特殊要求发展起来的，按其物理冶金学特点，超高强度钢大体可以分为低合金超高强度钢、二次硬化超高强度钢和马氏体时效钢。典型的低合金超高强度钢是AISI 4340 和D6AC；典型的二次硬化型中，合金超高强度钢是HY180 和AF1410，由于马氏体时效钢属高合金钢，在这里将不拟述及。 1.低合金超高强度钢 低合金超高强度钢大多是AISI 4130、4140、4330 或4340的改进型钢种。AISI 4340 是最早出现的低合金超高强度钢，它于1950年开始研究，并于1955年开始用于飞机起落架。通过淬火和低温回火处理，AISI 4130、4140、4330 或4340钢的抗拉强度均可超过1,500MPa，而且缺口冲击韧性较高。 为了抑制低合金超高强度钢回火脆性，1952年美国国际镍公司开发了300M。该钢通过添加了1％至2％的硅来提高回火温度（260至315摄氏度），并可抑制马氏体回火脆性。另外，通过调整碳含量和添加少量钒，又开发了AMS 6434 和LadishD6AC钢。20世纪80年代，中国通过对AISI 4330的改进，研制开发了高强韧性能的685和686装甲钢。在AISI 4340 的基础上，中国还研制了新型超高硬度695装甲钢，其抗穿甲弹防护系数达到1.3以上。值得注意的是，尽管以4340和300M 钢为代表的低合金超高强度钢具有高强度，但它们的断裂韧性和抗应力腐蚀能力都比较差，因而其应用受到了一定的限制。 2.二次硬化超高强度钢 随着航空工业的快速发展，开发强度高、断裂韧性好、可焊接性好的新型航空材料成为发展方向。研究者于20 世纪70 年代开发了HY180钢。为了达到航空构件材料的损伤容限和耐久性，70 年代末Speich 和Chendhok 等在对Fe10Ni 系合金钢进行的研究基础上，对HYl80 进行了改进，开发了AF1410超高强度合金钢，该钢经830℃油淬正510℃时效后，σ0.2大于等于1517MPa，KⅠc大于等于154MPa m1/2。因此该钢以极高的强韧性、良好的加工性能和焊接性能成为受航空界欢迎的一种新型高强度钢。
先进高强度钢研究与发展状况
先进高强度钢研究与发展状况 传统的高强度钢多是通过固溶、析出和细化晶粒作为主要强化手段，而先进高强度钢（AHSS ）是指通过相变进行强化的钢种，组织中含有马氏体、贝氏体和（或）残余奥氏体，主要包括双相(DP) 钢、相变诱导塑性(TRIP) 钢、马氏体(M) 钢、复相(CP) 钢、热成形(HF) 钢和孪晶诱导塑性(TWIP) 钢。 先进高强度钢的强度和塑性配合优于普通高强钢，兼具高强度和较好的成形性，特别是加工硬化指数高，有利于提高冲撞过程中的能量吸收，这对减重的同时保证安全性十分有利。AHSS 的强度在500MPa到1500MPa之间，具有很好吸能性，在汽车轻量化和提高安全性方面起着非常重要的作用，已经广泛应用于汽车工业，主要应用于汽车结构件、安全件和加强件如A/B/C柱、车门槛、前后保险杠、车门防撞梁、横梁、纵梁、座椅滑轨等零件；DP钢最早于1983年由瑞典SSAB钢板有限公司实现量产。先进高强度钢开发和研究进展 所有的高速钢的生产都要控制奥氏体相或奥氏体加铁素体相的冷却速度，可以在外围表面进行热磨削（如热轧产品），也可以在连续退火炉中局部冷却（连续退火或热浸涂产品）。马氏体钢是通过快速淬火致使大部分奥氏体转变成马氏体相而产生的。铁素体加马氏体双相钢的生产，是通过控制其冷却速度，使奥氏体相（见于热轧钢中）或铁素体+马氏体双相（见于连续退火和热浸涂钢中）在残余奥氏体快速冷却转变成马氏体之前，将其中一
些奥氏体转变成铁素体。TRIP钢通常需要保持在中温等温的条件以产生贝氏体。较高的硅碳含量使TRIP钢在最后的微观结构含过多的残余奥氏体。多相钢还遵循一个类似的冷却方式，但这种情况之下，化学元素的调整会产生极少的残余奥氏体并形成细小的析出以加强马氏体和贝氏体相。 汽车用高强度钢分为热轧、冷轧和热镀锌产品，其工艺特点都是通过相变实现强化。此外，还有一种热冲压成形模具淬火硬化的超高强钢再欧洲的汽车制造业获得了广泛应用。 随着安全性和燃油经济性需求的增长，汽车工业对高强度、轻质材料的需求越来越大。再汽车轻量化的推动下，汽车中铝合金、镁合金、塑料等零部件的使用比例逐年增加，钢铁在汽车材料中的主导地位也受到了威胁。为提高汽车的安全性并应对来自其他材料的挑战，目前钢铁材料的开发重点是高强度钢。 1 双相钢双相钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体。普通的高强钢是通过控制轧制细化晶粒,并通过微合金元素的碳氮化物的析出来强化基体，而双相钢是在纯净的铁素体晶界或晶内弥散分布着较硬的马氏体相，因此其强度与韧性得到了很好的协调。双相钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定，其变化范围为5 ～30 。拉伸力学性能特点是：①应力一应变曲线呈光滑的拱形，无屈服点延伸；②具有高的加工硬化速率，尤其是初始加工硬化速率；③低的屈服强度和高的抗拉强度，成形后构件具有高的压溃抗力、抗撞击
先进高强度钢应用手册
先进高强度钢应用手册 国际汽车钢板研究组织 2006.9 湖南大学汽车车身设计与制造国家重点试验室译（第1版） 2009.1
前言 近几年来，为了减轻汽车重量和提高汽车安全性，汽车钢板的开发技术、应用技术方面有了许多新的发展。由国际钢铁公司资助的项目ULSAB （汽车车身轻量化技术）和USLAB-A VC(先进概念车）等，主要在车身上大量采用先进高强度钢，研究汽车的轻量化设计的一些理念。先进高强度钢的应用，需要新的成形技术和连接技术。 这本指南是汽车钢铁研究组织的多位专家的合作成果。其中，特别感谢以下专家： Dr Heiko Beenken Mr Willie Bernert Mr Klaus Blümel Dr Bj?rn Carlsson Dr Jayanth Chintamani Mr Bart DePompolo Mr Daniel Eriksson Mr Peter Heidbüche … 特别感谢Stuart Keeler博士，他是一位金属成形领域的著名专家。他负责本书的编辑工作。国际汽车用钢组织包括全球的下面钢铁公司: 宝山钢铁公司 …… Edward G. Opbroek 国际汽车用钢组织主席
翻译感言 偶然在网上搜索到这本《ADV ANCED HIGH STRENGTH STEEL APPLICA TION GUIDLINES》，当时非常高兴，这本书中包括了一些工厂中常遇到的一些问题，比如，先进高强度钢与传统钢的区别，DP钢与TRIP钢的区别，各种回弹机理。当时只看了一些感兴趣的章节。后面继续看这本手册，发现中间还包括很大的信息量，激起了翻译该本手册的兴趣。翻译过程中，感觉收获比较多，比如局部延伸率，这在国内文献中很少看到。 本手册第一章介绍了先进高强度钢的微观结构、宏观力学性能等；第二章中介绍了先进高强度钢零件的设计、冲压和应用中的一些问题；第三章介绍了先进高强度钢的连接方法；第一章的知识用于解释第二章、第三章中的某些现象。第四章是书中的一些专有名词及其解释，为了方便读者看英文版本，该章有中文和英文。第五章是参考文献。 阅读本手册，可快速全面掌握先进高强度钢涉及到的问题，对这些问题有个初步的了解。如果对其中某个问题很感兴趣，可以在第五章查找相关的文献，或在实践中研究相关问题。相信该手册对先进高强度钢生产企业、汽车生产企业、模具企业、高校或研究所都有一定参考价值。 由于译者外语水平和知识有限，本文翻译中难免有一些错误之处，请大家批评指正。同时建议读该文献原文，第四章中的词汇为中英文，对阅读原文可能有所帮助。 刘迪辉申光举译 2009年1月30日
(推荐)GBT1591-2018低合金高强度结构钢
目次 前言 (1) 1范围 (1) 2规范性引用文件 (1) 3术语和定义 (2) 4牌号表示方法 (3) 5订货内容 (3) 6尺寸、外形.重量 (3) 7技术要求 (4) 8实验方法 (16) 9检验规则 (16) 10包装、标识和质量证明书 (17) 附录A (资料性附录)国内外标准牌号对照表 (18)
前言 本标准按照GB/T 1.1- 2009 给出的规则起草。 本标准代替GB/T 1591- -2008( 低合金高强度结构钢》。与GB/T 1591- -2008相比除编辑性修改外主要技术变化如下: ——明确了本标准的化学成分也适用于钢坯(见第1章,2008版第1章); ——修改了“热机械轧制”及“正火轧制”术语的定义,增加了“热轧”、“正火”术语与定义(见第3章，2008版第3章); ——修改了牌号表示方法(见第4 章,2008版第4章); ——增加了订货内容(见第5章); ——明确了尺寸外形、重量及允许偏差要求(见第6章,2008版第5章); ——以Q355钢级替代Q345钢级及相关要求(见第7章.9.2,2008版第6章.8.2); ——按不同交货状态规定各牌号的化学成分,并修改了细化晶粒元素的含量(见7.1 ,2008版6.1) ——按不同交货状态规定各牌号的力学性能,并将下屈服强度修改为上屈服强度,其指标相应提高了10 MPa~15 MPa(见7.4.1.7.4.2,2008版6.4.1.6.4.2); —一细化了钢材表面质量要求(见7.5,2008版6.5); ——修改了试验方法和检验规则,明确了冲击试验的取样部位(见第8章、第9章,2008版第7章、第8章); ——增加了本标准牌号与国外标准牌号对照表(见附录A)。本标准由中国钢铁工业协会提出。 本标准H全国钢标准化技术委员会归口(SAC/TC 183)。 本标准起草单位:鞍钢股份有限公司、冶金工业信息标准研究院、首钢总公司河钢股份有限公司唐山分公司、西王特钢有限公司、山东钢铁股份有限公司莱芜分公司、营口中车型钢新材料有限公司、中信金属有限公司。 本标准主要起草人:刘徐源、朴志民、栾燕、载强、师莉、沈钦义、邓翠青、张灵通、赵新华、李文武、王厚昕张成连、高燕。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为: 一GB 1591- 1979、GB 1591- 1988、GB/T 1591- 1994 GB/T 1591- -2008。
高强钢
高强度钢材在建筑工程中的应用2012年05月16日08:05网络21次阅读0次被顶共有评论0条从钢结构工程的发展历史来看，钢结构的发展始终是与钢材的强度以及生产工艺的发展带来的加强性能紧密相关。也是由于钢结构的发展，对材料的各种性能指标不断推出新的要求，促进了钢材种类的扩展及强度的提高；正是钢结构材料的不断改进，提高了钢结构的承载力，经济性能和使用性能，满足和促进了钢结构工程的发展，应用，推广及进步，同时与高强度钢材匹配的具有良好韧性，延性，和足够强度的焊接金属材料和焊接工艺逐渐地成熟，完全能满足钢结构加工制作的要求，使高强度钢材的应用成为可能。 近几年，国内的高层钢结构建筑，大跨度空间结构的发展，对钢材的强度等指标提出了更高的要求，像国家体育场就使用了Q460E，水立方工程使用了Q420，CCTV新址使用了Q460，均是经专门论证而使用的.我国新的钢材规范低合金高强度结构钢GB/T1591-2008，代替GB/T1591-1994，也给出了Q500，Q550，Q620，Q690级性能钢材，取消了Q295强度级别钢材。有的学者，将强度级别460Mpa-1100Mpa钢材称为超高强度钢材，笔者认为，700MPA 以下钢材还是根据国内习惯及规范中的叫法称为高强度钢材为宜（指低合金钢），更高强度级别的钢材也可称为超高强度钢材。 高强度钢材的优点有很多，研究结果表明，在同样的轴心受压条件下，采用高强度钢材的钢柱，在整体稳定方面，极限应力δu与屈服强度fy的比值δu／fy（即整体稳定系数φ），要比普通强度钢材钢柱高很多。 这主要是因为相对于普通强度钢材钢柱，构件的初始缺陷（主要包括几何初始缺陷和残余应力）对高强度钢材钢柱的影响要小很多，残余应力特别是残余压应力的数值与钢材的屈服强度没有直接关系。在钢柱截面起控制作用的关键部位，对于高强度钢材钢柱而言，残余应力与钢材屈强度的比值要比普通钢材钢柱小很多；恰恰是这一比值对钢柱的整体稳定系数有很大影响，而不是残余应力的绝对数值大小。 关于几何初始缺陷的影响，已有研究者在仅考虑相同几何初始缺陷条件下，针对两种钢材（235MPa和690MPa）的H形截面轴心受压钢柱绕强轴的整体稳定承载力进行了初步计算和对比，结果表明高强度钢材（690MPa）钢柱的相对强度（即整体稳定系数φ）更高。 相对于普通钢材，钢结构采用高强度钢材具有以下优势：能够减小构件尺寸和结构重量，相应地减少焊接工作量和焊接材料用量，减少各种涂层（防锈、防火等）的用量及其施工工作量，使得运输安装更加容易，降低钢结构的加工制作、运输和安装成本；在建筑物使用方面，减小构件尺寸能够创造更大的使用净空间；特别是，能够减小所需板的厚度，从而相应减小焊缝厚度，改善焊缝质量，提高结构疲劳使用寿命。采用高强度钢材，有利于可持续发展战略和保护环境基本国策的实施。高强度钢材能够降低钢材用量，从而大大减少铁矿石资源的消耗；焊接材料和各种涂层（防锈、防火等）用量的减少，也能够大大减少不可再生资源的消耗，同时能够减少因资源开采对环境的破坏，这对于我国实施可持续发展战略、改变“高资源消耗”的传统工业化发展模式、充分利用技术进步建立“效益优先型”、“资源节约型”和“环境友好型”国民经济体系都有极大的促进作用。 欧美国家以及日本，对高强度钢材的发展及应用均十分重视，像欧洲的建筑用高强度钢材规范EN10025-6，给出了高强度钢材的力学性能，化学成份以及冲击韧性等，从而保证钢材具有良好的焊接性能也为其他工程中开阔了畅通的道路。例如： 1，索尼中心（Sony Center） 德国柏林索尼中心大楼（Sony Center）（图）为了保护已有的一个砌体结构建物，将大楼的一部分楼层悬挂在屋顶桁架上。屋顶桁架跨度60m，高12m，其杆件用600mm×100mm矩形实心截面，采用了S460和S690钢材（强度标准值460MPa和690MPa），以尽可能减小构件截面。
先进高强钢应用优势及未来研究方向
先进高强钢应用优势及未来研究方向 当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。轻量化这一概念最先起源于赛车运动，车身减重后可以带来更好的操控性，发动机输出的动力能够产生更高的加速度。由于车辆轻，起步时加速性能更好，刹车时的制动距离更短。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。 1轻量化意义 汽车的油耗主要取决于发动机的排量和汽车的总质量，在保持汽车整体品质、性能和造价不变甚至优化的前提下，降低汽车自身重量可以提高输出功率、降低噪声、提升操控性、可靠性，提高车速、降低油耗、减少废气排放量、提升安全性。有研究结果表明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；若滚动阻力减少10％，燃油效率可提高3％；若车桥、变速器等装置的传动效率提高10％，燃油效率可提高7％。汽车车身约占汽车总质量的30％，空载情况下，约70％的油耗用在车身质量上。因此，车身变轻对于整车的燃油经济性、车辆控制稳定性、碰撞安全性都大有裨益。 2AHSS优势 高强钢、铝合金、镁合金和塑料是当前汽车轻量化的4种主要材料。高强度钢主要用于汽车外壳和结构件。铝合金最适用于产生高应力的毂结构件,如罩类、箱类、歧管等。镁合金具有良好的压铸成型性能,适应制造汽车各类压铸件。塑料及其复合材料通过改变材料的机械强度及加工成型性能,以适应车上不同部件的用途要求。钢铁材料在与有色合金和高分子材料的竞争中继续发挥其价格便宜、工艺成熟的优势，通过高强度化和有效的强化措施可充分发挥其强度潜力，迄今为止仍然是汽车制造中使用最多的材料。 随着安全性、燃油经济性和驾驶性能标准的不断提升，这对车用材料提出了更高的要求。为应对这一挑战，全球钢铁工业成功研发了具有突出冶金性能和高成形性的先进高强度钢（AHSS）。AHSS具有以下优点： 1）安全性：鉴于钢铁独特的冶金性能和灵活的加工工艺，AHSS产品可以被设计制造成任意特殊形状，为乘员安全提供最佳保护方案。 2）轻量化：工程师们将AHSS与新的先进制造工艺相结合，使用更加轻薄的钢材制造出轻质汽车零部件，不仅保持了原有部件的强度和其他性能，而且在一定程度上还有所提升。 3）可循环利用性：钢材可以100%回收循环利用，而且汽车的生命周期评估表明，与使用其他替代材料相比，AHSS车辆排放量最少。 4）成本合理：工程学研究表明，与传统车用材料相比，AHSS几乎不增加任何成本，而像铝这种低密度材料则需额外增加每磅$2.75以上的成本。同时，多数整车制造厂已配备钢部件加工生产线和技术，AHSS可直接生产应用，而不需额外投入昂贵的新的加工装备和制造工艺。 3AHSS车用情况 2013款雪佛兰Silverado和美国通用GMC1500 SIERRA皮卡在其驾驶舱中使用了超过70%比重的AHSS，这不但增加了车身结构强度，而且还减少了前车架
超高强度钢应用.
超高强度钢不仅具有高的抗拉强度, 还具有一定塑性和韧性、小的缺口敏感性、高的疲劳强度、一定的抗蚀性、良好的工艺性能、符合资源情况及价格低廉等优点,在航空工业的应用越来越广泛。 我国在高性能材料的研究上与国外相比还比较落后, 目前各型国产飞机的承力构件大部分以 30CrMnSiA 等低合金高强度钢为主体材料,超高强度钢较少,在超高强度钢结构件的制造技术方面更显薄弱, 针对这些新型材料的高效加工技术有必要进行研究。 国内的新研机型中超高强度钢结构件的数量逐年增多, 尤其是某型机的襟翼主滑轨 , 结构相当复杂,尺寸公差要求相当严格。 国外先进飞机的主承力构件大量使用了超钢强度钢, 如美国的军机和主要民航飞机的起落架材料都广泛的应用, F-15、 F-16、 DC-10、 MD-11 等军用战斗机都采用了超高强度钢, 此外波音 747 等民用飞机的起落架及波音 767 飞机机翼的襟翼滑轨、缝翼管道等也采用超钢强度钢制造。 超高强度钢具有刀具易磨损、切削力大、断屑困难等加工特点。为适应新材料的迅速广泛应用, 国外发达国家在零件加工参数、加工冷却、变形控制、刀具寿命、加工设备等方面进行大量的研究和试验, 积累了超高强度钢结构件的加工技术和经验, 建立了超高强度钢的加工工艺知识数据库和切削参数数据库, 规范了各种技术资料, 拥有配套的加工刀具和设备, 实现了超高强度钢结构件的高效加工, 保证产品的质量, 切削参数基本实现最优化状态,充分发挥了设备、刀具的最大潜力。 随着我国超高强度钢应用比例的不断加大, 国内科研院所对其高效加工进行了不同程度的研究。然而在超高强度钢结构件切削参数选择、工艺方法制定、高效加工等方面没有行成系统的工艺知识库和典型规范来指导企业生产, 直接导致超高强度钢结构件加工周期长、效率低、加工质量不稳定的现状。
超高强度钢
超高强度钢 超高强度钢一般是指屈服强度大于1380MPa的高强度结构钢。20世纪40年代中期，美国用AISI4340结构钢通过降低回火温度，使钢的抗拉强度达到1600～1900MPa。50年代以后，相继研制成功多种低合金和中合金超高强度钢，如300M、D6AC和H一11钢等。60年代研制成功马氏体时效钢，逐步形成18Ni马氏体时效钢系列，70年代中期，美国研制成功高纯度HP310钢，抗拉强度达到2200MPa。法国研制的35NCDl6钢，抗拉强度大于1850MPa，而断裂韧度和抗应力腐蚀性能都有明显的改进。80年代初，美国研制成功AFl410二次硬化 型超高强度钢，在抗拉强度为1860MPa时，钢的断裂韧度达到160 MPa·m以上，AFl410 钢是目前航空和航天工业部门正在推广应用的一种新材料。 中国于50年代初研制成功30CrMnSiNi2A超高强度钢，抗拉强度为1700MPa。70年代初，结合中国资源条件，研制成功32Si2Mn2MoVA和40CrMnSiMoVA(GC一4)钢。1980年以来，从国外引进新技术，采用真空冶炼新工艺，先后研制成功45CrNiMoVA (D6AC)、34Si2MnCrMoVA (406A)、35CrNi4MoA、40CrNi2Si2MoVA(300M)和18Ni马氏体时效钢，成功地用于制做飞机起落架、固体燃料火箭发动机壳体和浓缩铀离心机简体等。目前超高强度钢已形成不同强度级别系列，在国防工业和经济建设中发挥着重要的作用。 现在，以改变合金成分提高超高强度钢的强度和韧性已很困难。发展超高强度钢的主要方向是开发新工艺、新技术，提高冶金质量，如采用真空冶炼技术，最大限度降低钢中气体和杂质元素含量，研制超纯净超高强度钢；通过多向锻造和形变热处理，改变钢的组织结构和细化晶粒尺寸，从而提高钢的强度和韧性，例如正在发展的相变诱发塑性钢(TRIP钢)等。 一超高强度钢的合金成分、组织和特性 (1)中碳低合金超高强度钢此类钢是通过淬火和回火处理获得较高的强度和韧性，钢的强度主要取决于钢中马氏体的固溶碳浓度。含碳量增加，钢的强度升高；而塑性和韧性相应降低。因此，在保证足够强度的原则下，尽可能降低钢中含碳量，一般含碳量在0.30～0.45％。钢中合金元素总量约在5％左右，Cr、Ni和Mn在钢中的主要作用是提高钢的淬透性，以保证较大的零件在适当的冷却条件下获得马氏体组织，Mo、W和v的主要作用是提高钢的抗回火能力和细化晶粒等。几种典型钢种的化学成分如表2·12．1。 该类钢通过淬火处理，在Ms点温度以下发生无扩散相变，形成马氏体组织。采用适宜的温度进行回火处理，析出ε—碳化物，改善钢的韧性，获得强度和韧性的最佳配合。提高回火温度(250—450℃回火)时，板条马氏体的ε—碳化物发生转变和残留奥氏体分解形成Fe3C渗碳体，钢的韧性明显下降，此现象称为回火马氏体脆性。产生此种回火脆性的原因主要是由于钢中的硫、磷等杂质元素在奥氏体晶界偏聚和渗碳体沿晶界分布，降低了晶界结合强度。300M钢等含有1.5％硅，能有效地仰制ε—碳化物转变和残留奥氏体分解，使钢的回火马氏体脆性温度提高到350～500℃。硅在钢中只能提高回火马氏体脆性区的温度，但
低合金高强度结构钢的牌号表示方法和主要技术要求.
低合金高强度结构钢的牌号表示方法和主要技术要求 1牌号表示方法 钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三个部分按顺序排列。 例如：Q390A 其中： Q——钢材屈服点的“屈”字汉语拼音的首位字母： 390——屈服点数值．单位MPa； A、B、C、D、E——分别为质量等级符号。 2主要技术要求 2．1牌号和化学成分 牌号和化学成分(熔炼分析)应符合表1规定。合金元素含量应符合GB／T 13304对低合金钢的规定： 表l
注：表中的Al为全铝含量。如化验酸溶铝时，其含量应不小于0．010％。 2．1．1 Q295的碳含量到o．18％也可交货。 2．1．2 不加V、Nb、Ti的Q 295级钢，当C≤o．12％时，Mn含量上限可提高到1．80％。 2．1．3 Q345级钢的Mn含量上限可提高到1．70％。 2．1．4 厚度≤6 mm的钢板、钢带和厚度≤16 mm的热连轧钢板、钢带的Mn含量下限可降低0.20％。
2．1．5 在保证钢材力学性能符合本标准规定的情况下，用Nb作为细化晶粒元素时。其Q 345、Q 390圾钢的Mn含量下限可低于表1的下限含量。 2．1．6除各牌号A、B级钢外，表1中的细化晶粒元素(V、Nb、Ti、At)，钢中应至少含有其中的一种：如这些元素同时使用则至少应有一种元素的含量不低于规定的最小值。 2．1．7为改善钢的性能，各牌号A、B级钢可加入V或Nb或Ti等细化晶粒元素，其含量应符合表1规定。如不作为合金元素加入时，其下限含量不受限制。 2．1．8当钢中不加入细化晶粒元素时，不进行该元素含量的分析，也不予保证。 2．1．9型钢和钢棒的Nb含量下限为0．005％。 2．1．10各牌号钢的Cr、Ni、Cu残余元素含量各不大于0．30％，供方如能保证可不作分析。 2．1．1．11 为改善钢的性能，Q 390、Q 420、Q 460级钢可加入少量Mo 元素。 2．1．12为改善钢的性能，各牌号钢可加入RE元素，其加入量按0．02％～o．20％计算。 2．1．13经供需双方协商，Q 420级钢可加入N元素，其熔炼分析含量为0．010％～o．020％。 2．2供应商品钢锭、连铸坯、钢坯时，为保证钢材力学性能符合本标准规定，其C、Si元素含量的下限可根据需方要求另订协议。 2．3钢材、钢坯、连铸坯的化学成分允许偏差应符合GB 222的规定。 2．4力学性能和工艺性能