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σ_s或屈服强度 σ_0.2(30～80kgf/mm²)和屈强比σ_s/σ_b(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

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

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