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合金元素总量小于3.5%的合金钢叫做低合金钢。低合金钢是相对于碳钢而言的，是在碳钢的基础上，为了改善钢的一种或几种性能，而有意向钢中加入一种或几种合金元素.加入的合金量超过碳钢正常生产方法所具有的一般含量时，称这种钢为合金钢。当合金总量低于3.5%时称为低合金钢。合金含量在3.5-10%之间称为中合金钢；大于10%的称为高合金钢.

 

      按国际标准，把钢区分为非合金钢和合金钢两大类，非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类，钢中除了铁和碳以外，还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al，杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V，并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。

 

原则上讲，合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢，顾名思义，以含有合金元素的总量来加以区分，总量低于3%称为低合金钢，5～10%为中合金钢，大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢，全国31家特钢企业专门生产这类钢，如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢，还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。在钢的分类上，近年虽努力向国际通用标准靠拢，但还有许多不同之处。

 

① 随着特钢向“特”、“精”、“高”发展，向深加工方向延伸，特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着我国普钢企业的技术改造和工艺进步，特钢企业的产品领域也在缩小，1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。

 

② 国外的低合金钢，实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢，属于特殊钢范畴，在美国叫做高强度低合金钢（HSLA—Steel），俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢，日本命名为高张力钢。而在国内，首先是把低合金钢划入了普钢范围，概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化，如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢，至1994年叫做低合金高强度结构钢（GB/T1591—94）。到目前为止，从发表的资料文献来看，低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。

 

③ 低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间，明确划出的概念是不存在的。在国外，50年代曾给低合金钢下过定义，总的意思是，凡是合金元素总量在3%以下，屈服强度在275Mpa以上，具有良好的可加工性和耐腐蚀性，以型、带、板、管等钢材形状，在热轧状态直接使用的软钢的替代品。当然，在技术发展进程中，低合金钢不论在合金含量、性能水平和交货状态，已经有了很大的变化。

 

在我国，低合金钢是一个更加笼统的钢类，钢材品种不仅含有低合金焊接高强度钢，还包容了低合金冲压钢、低合金耐腐蚀钢、低合金耐磨损钢、低合金低温钢、甚至还纳入了低、中碳含量的低合金建筑钢和中、高碳含量的低合金铁道轨钢。具有中国特色，但带来的一个问题是缺乏与国外统计数据的可比性。

 

发展史

低合金钢的出现可以追溯到19世纪的1870年，一种碳含量0.64～0.9%和铬含量0.54～0.68%、抗拉强度685Mpa、弹性极限410Mpa钢，第一次被采用于工程结构，建造了跨度158.5m的拱形桥梁。但这种钢不理想也是十分明显的，需要轧后热处理，难以机械加工，耐蚀性又不良。随后的1个多世纪的时间，世界各国不断探索，大体上可以把低合金钢区划为三个不同特征的发展阶段，在20世纪20年代以前，20～60年代及60年代以后。前两个阶段姑且合称为传统的低合金钢发展阶段，后一阶段可以称为现代低合金钢发展阶段（后面我们称它为微合金钢Microalloyed Steel）。

 

前一时期低合金钢的重大发展有三个标志：

 

① 由单一元素合金化向多元素合金化发展

 

1895年曾采用0.40～0.56%C和3.5%Ni的钢建造了俄国的“鹰”级驱逐舰，该钢的加工性比初期的铬钢要好得多，屈服强度在355Mpa。20世纪初还用8000多吨含镍的钢建造了跨度为448m的桥梁，美中不足的是这种钢的合金资源有限，成本又高。此后开发了1.25%Si的低合金钢，建造了横渡大西洋的船舶和跨度110m的桥梁，俄国利用铁铜混生矿源，曾开发了0.7～1.1%Cu的低合金钢用于造船、建桥，这种钢导电性好，抗腐蚀性优良。

 

长达30多年的生产和应用经验的积累，发现多元合金化的低合金钢综合性能更佳，经济上更划算，开发了二元合金化的Ni-Cr、Cr-Mn、Mn-V低合金钢，和三元复合合金化的Cr-Mn-V、Cr-Mn-Si、Mn-Cu-P等低合金钢。用途上也扩大到了锅炉、容器、建筑和铁塔等方面。20世纪20年代全世界的低合金钢产量达到200万吨。

 

② 赋予低合金钢的第一特征：低碳、可焊接

 

在工程结构广泛采用焊接技术之后，给低合金钢发展带来深远的影响。为减小焊接热影响区硬化和开裂、焊接接头延性恶化，把低合金钢的碳含量由0.6%降到0.4%，随后又降至0.2%，至60年代末再降至0.18%，提出了焊接碳当量的可焊性判据。为了获得高强度钢不断增高的强度需求，出现了两条发展途径，一个是提高合金含量，另一个是热处理手段，各有利弊，至今屈服强度高于600Mpa的钢仍采用热处理，E级和F级船板仍规定正火状态使用，再如铁路钢轨仍有合金化轨和全长淬火轨的两种生产方式。

 

③ 注意到钢的冷脆倾向性和时效敏感性

 

二次世界大战期间大量“自由”轮在运行中断裂及许多锅炉、容器的失效，注意到了钢冷脆倾向与钢的粗晶结构和有害元素P、S的含量有关，而钢的时效倾向是由钢中N所致，从而采取了降硫、铝细晶化和控制终轧温度等优化工艺。为了钢结构的安全使用和寿命，同时还开发了低温夏氏V型缺口冲击、温度梯度双重拉伸、零塑性转折落锤及BDWTT落锤撕裂等试验方法及制订了相应的断裂韧性判据。

 

20～60年代间，工业发达国家的低合金钢开发带来了经济的繁荣和现代化。据不完全统计，全世界成熟的低合金钢钢种牌号有2000余个，形成了5大合金成分系列：

 

(1) 以德国St52钢为代表的C-Mn钢系列，日本的SM400、我国的16Mn属于这类钢。

 

(2) 以美国Vanity钢为代表的Mn-V-（Ti）钢系列，构成了现代微合金化的先驱。

 

(3) 美国的含P-Cu钢系列，代表钢种有Corten和Mariner钢，具有良好的耐大气和海水腐蚀性。

 

(4) Ni-Cr-Mo-V钢系列，如美国开发的淬火回火状态T-1钢板成功用于压力容器的建造。

 

性能

强度

钢结构件的屈服点决定了结构所能承受的不发生永久变形的应力。典型碳素结构钢的最小屈服点为235MPa。而典型低合金高强度钢的最小屈服点为345MPa。因此，根据其屈服点的比例关系，低合金高强度钢的使用允许应力比碳素结构钢高1.4倍。与碳素结构钢相比，使用低合金高强度钢可以减小结构件的尺寸，使重量减轻。必须注意，对于可能出现弯曲的构件，其许用应力必须修正，以达到保证结构的坚固性。有时用低合金高强度钢取代碳素结构钢但不改变断面尺寸，其唯一的目的是在不增加重量的情况下而得到强度更高更耐久的结构。节约重量对运输车辆的结构是最重要的，这样就可以运输更重的重量和减少能量消耗。

 

经常通过加入少量的铌或钒、或钛来提高钢的强度。这些元素通过沉淀硬化很经济地达到强化的目的。为了各种目的加入的其他合金元素也能达到强化的目的。对于热轧薄板，严格控制热轧和卷取工艺可以达到所要求的均匀的强度。对于冷轧薄板，采用特殊的退火和平整工艺从而得到更高的强度，同时还可以保持良好的成形性能。

 

最新的发展是采用通过临界退火和快速冷却得到马氏体和铁素体二相显微组织(或双相显微组织)的低合金高强度钢。这种钢的薄板产品有极好的成形性能，屈服点一般为310～345MPa，通过汽车部件压力成形产生的应变，屈服点可以提高到550MPa或更高。

成形性能

为了容易地和经济地进行热或冷加工以制成工程结构的各种部件，低台金高强度钢必需具有适当的成形性能。和碳素结构钢一样，低合金高强度钢一般可以进行这样的加工，以及如剪切、冲孔和机加工艺，虽然其屈服点高，即使成形操作变形相当剧烈也同样可以使用用于碳素结构钢成形的冷弯冲压机、拉拔机、压力机和其他设备，但是一些设备具需要修改。

 

低合金高强度钢和碳素结构钢的冷成形性能之间有固有的区别。首先，使低合金高强度钢产生一定量的永久变形比同样尺寸的碳素结构钢需要更大的力。第二，当低合金高强度钢成形时，对回弹应给出稍大些的允许量。

 

根据经验，除非对低合金高强度钢进行控制夹杂物形状的处理，否则在进行冷成形时必须使用比碳素结构钢更大的弯曲半径。

焊接性能

由于钢结构在制作加工过程中经常使用焊接工艺，因此对于这类用途的低合金高强度钢来说，能够采用在薄板和钢带这样的厚度情况下广泛使用的电弧焊工艺进行焊接是非常重要的，所制作的钢结构的焊缝应具有要求的强度和韧性也同样是非常重要的．这样才能经受住预定用途出现的最不利的条件。日前低合金高强度钢的发展与各种焊接工艺的发展足同步进行的，要特别注意确保这些钢能够具有适当的焊接性能。如果焊接操作得当，大部分低合金高强度钢是可以很好地进行焊接的。对于大型型钢和较高碳和锰含量的牌号，需要预热和(或)采用低氢焊条。对于某些低合金高强度钢无论厚度是多少，都应采用低氧焊条。对最小屈服点最高达约345MPa的低合金高强度钢进行气体保护熔化极电弧焊，采用低碳涂药焊条通常是合适的。对于最小屈服点高于约415MPa的钢和当对焊缝金属要求特殊的性能，如更高的耐腐蚀性能时，则通常需采用低合金钢焊条。对于埋弧焊、气体保护金属极电弧焊和药芯焊丝电弧焊，推荐采用与气体保护熔化极电弧焊所建议采用的焊条一样的充填金属的焊条。对于汽车工业用低合金高强度钢薄板，一般限制其碳含量不大于0.13%以得到良好的点焊性能。

耐腐蚀性能

当使用低合金高强度钢时，都是希望取其强度高的优点而用较薄的截面，这不仅仅是为了节省重量而且也是为了尽可能的经济。但是，必须要充分考虑腐蚀这一因素，钢材截面愈薄就愈应注意防腐。任何钢结构的防腐一般都是通过在适当准备的表面上涂防腐层并且对防腐层加以保护的方法来达到的。一些低合金高强度钢具有良好的耐大气腐蚀性能，其不仅可以提高防腐涂层的效果，而且在某些情况下采取适当的预防措施甚至还可以在不涂层的状态下暴露在大气中使用。没有任何一种材料同样耐耐有可能想像到的腐蚀条件，低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能随对耐腐蚀起最大作用的合金元素的组台和含量而改变。提高耐大气腐蚀性能的元素是铜、磷、硅、铬、镍和钼。

 

一些低合金高强度钢的优良的耐大气腐蚀性能导致形成了建筑、桥梁等结构设计的新概念，即这些结构选用适当的低合金高强度钢的裸露构件来建造。在正常暴露在大气中的情况下，裸露的钢在大气腐蚀的最初几个月形成一种紧密的保护性氧化膜。有时建筑师选用裸露的钢结构是因为希望得到钢表面均匀的大气氧化的外观，而有时则是为了节省涂保护层以达到经济的目的。在裸露状态下使用这些低合金高强度钢，设计上必须考虑钢的表面不能长期是潮湿的，而且还应特别注意特殊的大气环境，以保证在此条件下钢的腐蚀速率是允许的。例如在强化学或工业烟气的条件下则显然是不适宜的。为了验证在某些环境下是否可以使用裸露的钢结构。需要对大气环境进行测定，甚至需要进行裸露试验。