低合金钢

中国钢产量已突破6亿吨，钢材数量不再是主要矛盾，钢材品种结构不合理的矛盾十分突出。当前行业的主要任务是努力提高产品的市场竞争力，站在可持发展的新起点上，把大力开发低合金钢列入发展战略的重要内容。许多普钢企业在钢材品种结构调整和编制科技发展规划中，已意识到低合金钢生产是提高产品技术含量和附加值的关键，对低合金钢开发中碰到的种种问题心中无数，一些科技管理干部觉得“成也低合金钢，败也低合金钢”，迫切要求对低合金钢有个全面的了解。
　　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。
　　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。
　　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。
　　缺口韧性
　　低合金高强度钢牌号在设计上具有对其预期的结构用途来说相当好的缺口韧性。具体牌号的低合金高强度钢其缺口韧性的适用性，或是只根据已有的使用经验，或是结合缺口试样的冲击试验结果综合考虑。为了满足某些用途的极严格的要求，生产的一些低合金高强度钢具有极好的缺口韧性。例如，目前通常采用控制热轧技术生产用于制造焊接管线钢管的低台金高强度钢钢板，这种钢管需要符合有关标准对缺口韧性规定的要求。一些低台金高强度钢在正火状态下，结合选择的成分。在钢板厚度最大达到75mm时其塑性-脆性转变温度低于-60℃。一些牌号的低合金高强度荆在用于高速公路桥梁的主要拉力构件时，必需满足-12℃～-21℃冲击性能的要求。