什么是低合金高强度钢?

什么是低合金高强度钢?

[拼音]：dihejin gaoqiangdugang

[外文]：high-strength low alloy steels

这是一类可焊接的低碳工程结构用钢。其含碳量通常小于0.25％，比普通碳素结构钢有较高的屈服点σs或屈服强度 σ0.2(30～80kgf/mm2)和屈强比σs/σb(0.65～0.95)，较好的冷热加工成型性，良好的焊接性，较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性，以及有较好的抗大气、海水等腐蚀能力。其合金元素含量较低，一般在2.5％以下，在热轧状态或经简单的热处理(非调质状态)后使用；因此这类钢能大量生产、广泛使用。各发达工业国家的低合金高强度钢产量约占钢产量的10％（见合金钢）。

19世纪末，在低合金高强度钢发展的初期，钢种的合金设计只考虑抗拉强度。钢中加入较高含量的Si、Mn、Ni、Cr等某一合金元素以改善某一方面的使用性能，但获得高强度的主要手段仍然依赖于较高的含碳量。随着钢结构由铆接向焊接发展，为了提高钢的抗脆断性能，逐步向降低钢中含碳量和复合合金化的方向变化。20世纪50年代，为节约合金元素，曾采用热处理的方法以获得强度和韧性的良好匹配。60年代，开始了称之为微合金化和控制轧制生产的新阶段，出现了一些新的钢种。至70年代，发展成熟的微珠光体钢和无珠光体钢、针状铁素体钢、超低碳贝氏体钢、热轧双相钢以及低碳马氏体钢在油气输送管线、深井油管、汽车钢板等领域中得到推广应用；预计在80年代，这些钢种在工程结构材料中将占有重要的地位。中国于1957年开始研制低合金高强度钢，结合中国的资源发展了Mn、Mn-V、Mn-Ti、Mn-Nb和Mn-Mo等一系列的钢种，屈服强度为30～70kgf/mm2。

合金元素的作用

目前，新型的低合金高强度钢以低碳(≤0.1％)和低硫(≤0.015％)为主要特征。常用的合金元素按其在钢的强化机制中的作用可分为：固溶强化元素(Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等)；细化晶粒元素(Al、Nb、V、Ti、N等);沉淀硬化元素(Nb、V、Ti等)以及相变强化元素(Mn、Si、Mo等)（见金属的强化）。

C

在钢中形成珠光体或弥散析出的合金碳化物，使钢得到强化。在微合金钢中为形成一定量的碳－氮化物，碳的含量只需要0.01～0.02％；所以降碳是这类钢发展的必然趋势，从而可大大改善钢的韧性和焊接性能。

Mn

高的Mn/C比对提高钢的屈服强度和冲击韧性有好处。锰能降低γ→α 转变温度；有利于针状铁素体的形核；在加热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度，从而增加了铁素体中碳化物的弥散析出量。此外，由于高锰导致钢的应力／应变特性的变化，可以抵销鲍欣格效应的强度损失。

Si

多数低合金高强度钢不用硅合金化，但在热轧铁素体-马氏体多相钢中，硅是不可缺少的添加元素。

Mo

含钼钢（～0.15％Mo）有较高的强度，比传统的铁素体－珠光体钢又有较高的韧性。钼对钢在冷却过程中珠光体转变有抑制作用。在针状铁素体钢和超低碳贝氏体钢中的含钼量一般在0.2～0.4％。

Nb、V、Ti

在低碳的锰钢或低碳的锰-钼钢中添加0.05～0.15％ Nb(或V、Ti)，有明显的晶粒细化和沉淀硬化作用。钛在钢中形成硫化物，改善冲击吸收功的各向异性和冷成型性。

稀土元素(RE)

微量(0.001％左右)稀土金属，不影响钢的强度。其主要作用是脱硫，它又是最有效的硫化物形态控制元素，减小韧性的各向异性，防止钢的层状撕裂。

其他元素Ni、Cr、Cu等，在微合金钢中固溶硬化并不十分有效，在非调质钢中一般控制在较低的含量范围。

分类

低合金高强度钢按其主要性能和用途，可分为高强度用钢、低温用钢和耐蚀用钢三类：

高强度用钢

这类钢除高强度外还兼有优良的低温韧性，其主要特点和用途见表。这类钢的产量在中国占低合金高强度钢产量的80％以上，其中屈服强度35～40kgf/mm2级的钢种占大多数，应用最为广泛的是16Mn钢。

低温用钢

它们属于铁素体型低温用钢。通过提高钢的纯净度和降低钢中磷、硫含量得到较低的韧性－脆性转变温度。这类钢主要有09Mn2V（－70℃）、06MnNb(-90℃)、3.5％Ni(-100℃)和06AlNbCuN(-120℃)，用于制作低温设备的零部件。

耐蚀用钢

这类钢对大气、海水、硫化氢等环境有一定程度的抗蚀能力，如10MnPNbRE钢耐海洋大气和海水腐蚀，用于船舶、板桩、井架；12MoAlV钢适于制造炼油厂高温硫化氢设备;10MoWVNb钢在用于400℃氢、氮、氨高压管方面效果较好。

生产工艺

低合金高强度钢可在平炉、转炉或电炉冶炼。中国在1979年以后已用氧气顶吹转炉-钢包吹氩-连铸板坯-热连轧，或电炉-钢包喷粉-厚板轧机的工艺流程生产 Nb、V、Ti低合金高强度钢。钢材一般在热轧后使用，为得到均匀的组织和稳定的性能，通常采用高温回火、正火、调质等传统的金属热处理方法。屈服强度大于60kgf／mm2的非调质厚板也可采用轧后控制冷却的方法来生产。

参考书目

J.M.Gray， Processing and Properties of Low Carbon Steels，AIME，New York，1973.F.B.Pickering， Low Carbon Structural Steels for the Eighties，The Institution of metallurgists， London，1977.F.B.Pickering， Physical metallurgy and theDesign of Steels，Applied Science Publishers Ltd.，London，1978.