微合金化鋼知識講座二低合金鋼主要品種編輯條目第二部分低合金鋼主要品種2.1焊接高強度鋼焊接高強度鋼，又叫做可焊接低合金高強度結構鋼，是低合金高強度鋼鋼類的主體。它有三個基本屬性：第一，較低的碳含量，有良好的焊接性。第二，屈服強度高于普通碳素鋼，作為結構用材時，鋼的屈服強度參與結構的強度設計。第三。以高強度為基礎，根據用途的不同要求，具有不同的特性，如抗時效、抗沖擊、抗韌性撕裂，抗缺口敏感、耐火性等等。我國的焊接高強度鋼的主要鋼種牌號已納入GB/T1591-94中，由此派生的低合金專用鋼分類及標準：鍋爐用鋼BG713—86，YBG741—87壓力容器用鋼GB5681—85，GB6653—86，GB6654—86GB6655—86，GB6479—86，GB3513造船用鋼GB712—88汽車用鋼GB3273—82橋梁用鋼YB(T)60—81自行車用鋼GB3647—83，GB3696—83保證厚度方向性能鋼GB5313管材用鋼 GB479—86，GB8162—87GB8163—87，YB231—70核能用鋼艦船用鋼兵器用鋼等。焊接高強度鋼的合金設計，放在第一位考慮的是鋼的強度，強化機制包括固溶強化、析出強化、細晶強化、位錯及亞結構強化、以及相變的組織強化。此5種強化機制的組合，可以生產出屈服強度由295MPa?880Mpa不同級別的焊接高強度鋼，以及不同強度和韌性匹配的強韌鋼等級。焊接性是焊接高強度鋼的基本屬性，要求在一定的焊接條件下，容易得到優良的焊縫及熱影響區，具有與母材相當的力學性能和加工工藝性能。鋼的化學成分對焊接性的影響從表2可見。提高焊接性能的有效措施是降低碳含量、降低P、S含量，選用適宜的合金元素。評價焊接高強度鋼的焊接性的基本方法，通常采用焊接碳當量Ceq，和焊接裂紋敏感性指數Pcm，計算。焊接高強度鋼的生產普通質量級（A、B級）和優質級（C級）采用傳統工藝流程，由氧氣轉爐冶煉、連鑄坯、常規軋制生產。表2鋼的化學成分對焊接性能影響接頭區域影響種類元素名稱CSiMnPSCuNiCrMoNbVAlTiBONRECaSnSbH熱影響區硬度1?X?X?XX??XX⑴⑵VXV冷襲紋1??X?X?XXX⑴⑵XVVV?層狀撒裂;X?⑶??OO熱裂紋1XV??XX??X?VV沖擊韌性tXXVVVX⑷⑸(6)⑵⑺VOVV?VX再熱裂紋;XXXCODtXXXVV⑷⑸(6)⑵⑺VVVVVX

回火脆性;XXX???CSC；?X?XXX??XX⑴X焊縫熱裂紋1X??X氣孔；?XX韌性fXO?母材強度fOVOOOOOOOV⑴O韌性fXXVV⑷⑸VVX?鋼的穩定性?X注：（1）游離B,（2）氧化物，（3）Alg,"）A1N,（5）TiN,（6）BN,（7）氧化物O：很有利，"：有利，?：很有害，X：有害。屈服強度在490Mpa以下的特殊質量級（D級和E級）采用優化流程生產，鐵水預處理一氧氣轉爐冶煉一爐外精煉一連鑄一控制軋制+控制冷卻。屈服強度在490Mpa以上，特殊質量級（D級和E級）冶煉工藝保證高潔凈度，軋后選用某種熱處理制度。部分國內外焊接高強度鋼牌號對照見表3表3焊接高強度鋼國內外牌號對照國家標準號屈服強度（Mpa）295(290)345(355)390420460中國GB/T1591—94Q295AQ345DQ390DQ420DQ460D俄國FOCT19281295345390美國ASTMA529MGr,42572MGr,42633MGr,AA656MA678MGrBA656M日本JISG3135SPEC490SPEC590J15Cr3124SEV295SEV345JISG3114SMA570W、PJISG3106SM570法國NFA35—501A50EN10025Fe510CX/FA36—207A550—1NFA36—204E420T—IINFA36—204E460T—I英國BSEN10025Fe510CBs436050F德國DIN172431715515Mo3PH295EN10025Fe510C2.2合金沖壓鋼在低合金高強度鋼中有一類具有良好的沖壓成形性能的鋼，見表4,叫做低合金沖壓鋼，常以熱軋狀態用于家電輕工行業，以冷軋（及表面涂鍍）狀態用于汽車工業。這類鋼多數為薄鋼板，除了有一定的強度和焊接性以外，突出的是具備一定的成形性能。所謂成形性是指薄板經沖壓不起皺、不破裂、不回彈的能力。在實際生產中以沖成率或沖廢率來衡量，而在理論上則以美國人G-Lumer教授提出的成形極限圖來評價，主要的考核性能指數有：塑性應變比y值：將金屬薄板試樣拉伸到產生均勻塑性形變時，在試樣標距之內寬度與厚度方向的真實應變之比：式中b0、b1、t0、t1分別為變形前后試板的寬度和厚度。鋼板平面的各向異性用Ay計算。式中yo、y90、Y45分別表示不同方向的y值。Ay大小反映沖壓時“凸耳”的大小，希望Ay越小越好。應變硬化指數n值：反映材料形變強化能力，在實際成形過程中，表示板材變形后加工硬化的程度，n值越大，成形操作很難繼續進行，變形從難變形區域轉移到未變形或變形小的區域中去。n值大小取決于鋼質的潔凈度和組織的粗細狀況。對沖壓鋼經常衡量的參數還有：鋼的屈強比（屈服強度/抗拉強度），應變速率的敏感系數m值，綜合成形參數F值等。熱軋沖壓鋼板典型的用途是汽車大梁和滾型車輪，還用于汽車的前后保險杠、發動機懸置梁和傳動軸管。有一般沖壓型的鐵素體一珠光體組織的鋼板和優良加工性的鐵素體一馬氏體組織的雙相強化型鋼板。在強化機制方面，前者最大程度利用鐵素體中Nb的析出強化作用，后者可以采用普通的熱軋工藝生產（Mn-Si-Cr-Mo鋼），也可以采用控制軋制和低溫卷取的方式生產（Si-Mn-Cr鋼）。國內常用的汽車大梁鋼見表4。表4國內常用的汽車大梁用鋼類別U國家代表性鋼種牌號F+P鋼中國16MnL、16MnREL、09MnREL、09SiXL10Ti（鞍）、T52L（武）、B510L（寶）日本NSH52H、NSH52T、RHA50FGA—NKHA—52德國QSTE380雙相鋼中國SX65（鞍）、RS50（武）、DPI（本）日本HHLY—60、SAFH—550、SHXD—60美國ARDP法國Usilisht80滾型車輪鋼包括輪輞用鋼和輪輻用鋼，耐疲勞是這類鋼的重要性能要求，此外，還有鋼板的尺寸精度和表面質量，是目前國內外同類產品差距的主要方面。國內的寶鋼、鞍鋼和武鋼開發了一些車輪用鋼如BLF—1，BLF—2，RCL—330，RCL—370和CL330等，國外開發的車輪用鋼用鐵素體一貝氏體，析出強化和三相鋼3種類型。冷軋沖壓薄板要求具有良好的深沖性能、抗凹陷性、高彈性模量和抗疲勞性能，要求鋼的強度一延性的良好匹配，但正如大家知道的那樣，隨著鋼的強度級別提高，鋼板的回彈性增加，沖壓性能會有所降低。因此，合金設計，晶粒細化強化是主要可采取的方案。相變強化也是值得采取的。冷軋沖壓用鋼有3種基本類型：鋁鎮靜鋼含P高強度鋼高強度無間隙原子（IF）鋼，具有超深沖特性與添加P、Mn、Si等元素的固溶強化機制的結合。這3個類型代表了第二代和第三代沖壓用鋼的2個塑性應變比的級別=1.4-1.8,1.8-2.8。尤其是IF鋼的生產，原理上利用了Nb-Ti復合微合金化，形成碳氮化物固定了鋼中的殘留的C和N，應用上具有極好的深沖性。國內代表性的冷軋高強度沖壓鋼見表5。表5國內代表性的冷軋高強度沖壓鋼類型企業牌號F+P鋼鞍鋼06Alp、08Alp、10Alp、武鋼WP340、WP370、WP390寶鋼BPD—35寶鋼BFJ—182.3低合金耐腐蝕鋼鋼鐵材料在自然界或在工作條件下，無時無刻不同程度地受著周圍環境中的某些物質的侵害，這種侵害可能是化學的，電化學的，也可能的物理作用引起的。但主要是電化學腐蝕的形式。什么是電化學腐蝕？從宏觀上看，由兩種不同電位的材料，構成腐蝕的陽極和陰極對時，在周圍電解質的作用下，電位高的陽極成為犧牲者，而電位相對較低的陰極得到了保護。從微觀上看，兩種不同組織之間，基本相與鋼中夾雜物、沉淀相之間，也構成了這樣陽極?陰極的“微電池”，一方被溶解，另一方受保護，甚至材料表面上存在的劃痕等各種缺陷所構成的不均勻，也會造成腐蝕。這是最簡單的材料腐蝕的道理。工業上常用金屬材料的耐腐蝕性分為6類共10級，低合金高強度鋼屬于耐腐蝕性評價標準的耐蝕性分類的V類的8—10級。而我們稱之為低合金耐腐蝕鋼的低合金鋼，耐腐蝕性優于普通碳素鋼，劃為耐蝕性分類的III—W類4—7級，包括耐大氣腐蝕鋼和耐海水腐蝕鋼。低合金耐大氣鋼蝕鋼大氣的主要成分為氮、氧、氬、水汽和二氧化碳，還含有二氧化硫、硫化氫、二氧化氮、氨及鹽霧，對材料腐蝕影響最大的是氧和水汽，空氣中的鹽霧加速材料的腐蝕。在干燥的大氣中，屬于常溫化學腐蝕，氧化速度較低；在潮濕的大氣里，屬電化學腐蝕，大氣中的濕度越大、材料表面吸附的水膜越厚，腐蝕速度加快。耐大氣腐蝕鋼的開發在20世紀初，最初發現的是銅和磷對鋼的耐蝕性的顯著效果，以后就出現了著名的Corten鋼和世界各國的耐大氣腐蝕鋼，也叫做耐候鋼。我國的耐大氣腐蝕鋼研制從60年代開始，自1965年至1979年有19種含Cu及P、RE、Ti的低合金鋼在風沙干燥、工業大氣，潮濕都市，農村等10個不同的環境下進行長達15年的大氣曝露試驗，取得了寶貴的第一手數據，于1984年制訂了我國耐大氣腐蝕鋼標準(GB4171—84及GB4172—84)，納入了高耐候性的3個牌號：090CuPCrNi—A、09CuPCrNi—B、09CuP和焊接結構用耐候鋼的4個牌號：16CuCr、1MnCuCr、15MnCuCr、及15MnCuCr—QT。各類鋼的耐大氣腐蝕性能的比較見表6。表6各類低合金鋼的耐大氣腐蝕性鋼類化學成分，％相對腐蝕損失，%CPCuCrSi6個月12個月18個月24個月C鋼0.130.0080.09100103103102C-P0.120.170.10838070.574.5C-Cu-P鋼0.140.170.350.108173.56771.5C-Cr-P鋼0.130.190.430.0287.582.56971Cr-Cr-Cu-P-Si鋼0.170.120.370.951.0088.5835958Cr-Cr-Cu-P-Si鋼0.140.210.370.951.00817455.553.5②低合金耐海水腐蝕鋼人類社會的發展與海洋的開發是分不開的，海洋開發用材料的主體還是鋼鐵材料，采用數量最大的是低合金鋼。世界上最初出現的耐海水腐蝕低合金鋼在40年代的美國，稱為“Mariner”。海洋結構物的腐蝕包括海洋大氣、飛濺、全浸、潮差和海底土壤等5個不同腐蝕特點的部位，除海洋大氣外，統稱為海水腐蝕。我國從1965年起對16個耐海水腐蝕鋼在東海、南海和北海3個海域進行為期10年的試驗評估，在海水中Cr—Mo—Al鋼和Cr—Mo—Al—RE鋼具有良好的全浸耐蝕性。國內生產的低合金耐海水腐蝕鋼基本上是引進了國外成熟的鋼種牌號，有：美國MarinerCu—P—Ni日本MariloyCr—Cu—Mo法國APS Cr—Al2.4低合金耐磨損鋼兩種材料表面接觸、又有相對滑動時，材料表面就有損傷和耗蝕，例如鐵道的車輪與鋼軌，電動輪翻斗車箱與裝載物，挖掘機的鏟斗與巖體，水電站的高壓水管與含泥沙水流，農機的犁鏵與土壤等等情況，鋼材經長時，反復的磨蝕，最終導致破損或失效。這種磨損每年使全世界的鋼材喪失達2000萬噸以上，所以各國都十分重視低合金耐磨損鋼的開發。鋼材的磨損有4種基本類型：粘著磨損磨料磨損疲勞磨損侵蝕磨損低合金鋼耐磨損鋼的開發，有幾個共同的技術要求：采用固溶強化的合金元素，得到強化的基體組織。形成高硬度的碳化物。采取多元素復合微合金化。從增加碳化物的數量，硬度和顆粒尺寸3個方面綜合提高材料的抗磨能力。要求組織穩定，表面光潔和內部無缺陷，避免鋼材“自耗”。經濟建設中使用量大面廣的低合金耐磨損鋼，年產量約在100萬噸左右。常用的低合金耐磨損鋼有：履帶板用鋼推土機刀刃用鋼挖掘機鏟齒用鋼犁鏵用型材耐磨鋼軌礦用液壓支架和礦柱用鋼槽邦鋼，等等。耐磨高硬度鋼是特殊的一個品種，基本成分為Cr-Ni-Mo-V，在淬火和回火狀態下使用，要求硬度在HB235—500，相應的抗拉強度為785—1570MPa。熱處理制度的優化是十分重要的，以確保滿足技術條件的顯微組織和微觀精細結構。低合金耐磨損鋼與焊接高強度鋼有很大不同的一面，鋼的碳含量有低、中、高之分。鋼材的品種繁多，有板、管、型、絲等產品，以型材為主。板材生產又依硬度等級及合金化程度不同須采取不同的工藝流程，分3種類型：板、管、型材鐵水預處理一轉爐冶煉一爐外精煉一連鑄一軋制一熱處理。

絲、繩熱軋線材一酸洗一拉絲一制繩鑄件廢鋼感應爐冶煉一造型一精整一熱處理水電站高壓水管用鋼是真正意義上的低合金耐磨損鋼，屬于低碳、可焊接鋼，常用的鋼種牌號為：中國14MnMoVN、14MnMoMnB美國ASTMA517—F、A537—A日本SM58Q德國N—A—XTRA702.5低合金耐低溫鋼在0°C或一10°C以下使用的鋼，稱為低溫鋼，從學科角度，將低溫鋼分鐵素體低溫鋼和奧氏體低溫鋼，或分為一般低溫用鋼和超低溫用鋼。低合金耐低溫鋼屬于鐵素體低溫鋼。對于低溫條件下使用的低合金耐低溫鋼，必須滿足幾個基本要求:組織穩定，不發生組織變化良好的焊接性和加工性工作溫度要高于鋼的韌一脆性轉變溫度對于某些特殊的工作條件，還要求恒彈性、恒膨脹和恒磁導率等。一般碳素鋼的安全使用溫度在一45C以上，純凈度較高的鋁鎮靜鋼的韌一脆性轉變溫度在一55C一一60C，所以這類鋼僅用于環境溫度不低于一40C的鋼結構，在石油化工領域用于制造液化乙烷(~一10C)和液化丙烷(一45C)的設備。低合金鋼的韌脆轉變溫度在一40C?一80C之間，不推薦作為低溫結構用材，但有一類低合金鋼，自60年代后由我國自行研制的鋼種，常用來作中、低壓容器和儲罐，已取得很好的經驗。09Mn2V鋼09Mn2V鋼適用于一70C09MmTiCuRE鋼09MmTiCuRE鋼適用于一70C06MnNb鋼06MnNb鋼適用于一90C06AlNbCuN鋼06AlNbCuN鋼適用于一120C另一類含鎳低合金鋼，國內外成功用于低溫容器的制造，如:2.5%Ni鋼，正火狀態，用于液化丙烯(-47.7C)設備。3.5%Ni鋼，正火狀態，用于液化乙烷(-88.3C)設備。調質狀態，用于液化乙烯（一104。設備。5.0%Ni鋼，調質狀態，用于液化乙烯（一104°C）設備。9.0%Ni鋼，調質狀態，液化天然氣（一162C）和液氮（一196C）設備。鋼鐵材料，尤其是鐵素體低溫鋼，溫度降至某個臨界點或某個區域，就會出現韌性的明顯或突然的降低，因此這類鋼不宜在這個轉變區間，更不能在此溫度下使用，這個溫度稱之為鋼的韌一脆性轉變溫度，由夏氏V型缺口沖擊試驗或缺口落錘試驗來判定。無限航區船舶用鋼常以零塑性轉變溫度（NOT）為判據，而油氣輸送管線鋼通常以剪切面積85%的FATT作為韌一脆性轉變界線，壓力容器用鋼使用的是以50%FATT（Trs）為判據。2.6低合金建筑鋼筋建筑用鋼是一個用途十分廣泛的鋼材品種的總稱，包括混凝土結構用鋼線材，高層鋼結構用板材和型材，輕型結構用各類型材和管材，公用設施，廠房用薄板和涂鍍板，門窗、管道、暖氣、五金器材以及建筑用輔助材料如鋼支撐，模板、護攔、鋼樁等等，其消耗的鋼材占鋼材年消費總最的50%，所以建筑業是一個龐大的產業，建筑用鋼也并非是低技術含量的低附加值的鋼材品種。我國城鎮和農村的住宅建設規模及其宏大，平均年興建住宅達10億m2，舊房改造最也在6億m2，混凝土結構用鋼筋，盤園、鋼絲和鋼絞線的年需量在2400萬噸，加上公路、隧道、提壩、礦山、碼頭、機場和鋼筋消費在3000萬噸以上。混凝土結構用建筑鋼材有：熱軋鋼筋，冷拉鋼筋、冷拔低碳鋼絲、冷變形鋼筋，碳素鋼絲和鋼絞線，從我國的國情出發，基本建設的規模很大，還是以長條材為主體，近年來的主要變化：目前20MnSiII級鋼筋占鋼筋總產量的90%以上，鋼筋質量得到普遍提高，已制訂了鋼筋鋼的新標準的建筑設計、施工的新規范，大力推廣應用400MpaIII級鋼筋重點發展高強度低松弛鋼絞線逐步淘汰冷拉鋼筋和低碳冷拔鋼絲兩個品種，作為過渡，推薦生產冷軋帶肋鋼筋和冷軋扭鋼筋。熱處理鋼筋和精軋螺紋鋼筋基本上已達到國外同類產品水平。在建筑鋼筋的生產工藝技術方面：對于非焊接鋼筋，鋼的碳含量控制在0.35%以下，通常添加0.02—0.05%Nb進行微合金化，采用高溫加熱技術，使Nb充分溶解，“可溶Nb”保證了終軋時有更多的NbC析出，這類鋼的主要強化機制是沉淀硬化。對于可焊接鋼筋，在較低的碳含量下，有兩類成功的經驗，Nb微合金化和V—N微合金化，都可取得較好的綜合性能。許多企業的生產實踐表明，微合金化鋼筋無應變時效傾向。對于高級別或大規格鋼筋，經常采用的先進工藝技術：韌芯回火工藝(Tempcoreprocesses)，輪緣回火工藝(Temprimar)前者為連續淬火回火的方式，后者為多次淬火回火的方式，二者都必須控制終軋溫度，是取得細晶粒和平衡溫度的先決條件，為保證表面均勻的熱傳導系數，冷卻強度必須高于50000W/m2?K；冷卻要對稱的平穩，避免產生偏心分布。新一代的混凝土結構鋼筋，有抗震和耐火的要求。抗震性：地震時鋼筋受到反復拉壓的強力作用并產生應變。地震作用下，建筑層間的位移角可達到1/650~800。所以，要求具有對地震能量的吸收潛力，往往以鋼筋所受的最大應力，最大應變和時間的乘積，氣ax?哈?t來反映這個潛力，通常對鋼筋提出了高應變低周疲勞性能、應變時效敏感性、冷脆轉變溫度，可焊接性的要求以及強度一塑性配合。耐火性：突發火災對建筑具有災難性，要求鋼材的耐火性比普通鋼材勝一籌。鋼材在熱循環下：屈服強度降低，頸縮后受拉桿件的斷面削弱，框架幾何變形的影響，桿件變形的影響。說到底，是鋼的高溫屈服強度的問題，一般認為200°C以上鋼的彈性模量明顯下降，300^以上鋼的屈服強度開始下降。為了防止火災給鋼結構造成破壞，提高鋼材自身耐火性，遠比采用防火涂料和防火屏蔽要省工省料、增加有效使用面積、減少環境污染。對耐火鋼的制定標準。 >2/3氣S600C,13h SRI2.7低合金鋼軌鋼鋼軌是鐵路軌道的主要部件，是冶金產品中一個專用鋼材品種，鋼軌承受列車的重量和動載，受力復雜，軌面磨耗，軌頭受沖擊，還要受較大的彎曲應力，主要的損傷形式有：磨損主要是上股側磨和下股壓潰，屈服強度不足引起的波浪磨耗以及韌塑性低導致的脆斷、剝落、掉塊、軌頭劈裂、焊縫裂紋等。所以對鋼軌鋼的基本要求包括：耐磨性、抗壓潰性、抗脆斷性、抗疲勞和良好的焊接性。按強度等級劃分：標準鋼軌抗拉強度685?835Mpa耐磨鋼軌抗拉強度880?1030Mpa特級鋼軌抗拉強度1082?1225Mpa抗拉強度＞1400Mpa的鋼軌在研制中。20世紀初采用的是50Kg/m軌，現在國際標準軌為60Kg/m，美國重軌為77Kg/m,俄國和東歐各國為75Kg/m軌。鐵路運輸和鐵道建設在我國國民經濟中占有重要的地位，今后5年將投資2500億元，計劃新增鐵路9000余公里，其中新鋪線路5340Km，復線2580Km，建設地方鐵路1000Km，對鋼軌的需求預計2000—2001年為120萬噸/年，2002年約100萬噸/年，西部大開發將進一步推動鐵路建設的加速進展。提高鋼軌強度和綜合性能的途徑：熱處理強化在碳素鋼或C-Mn鋼軌基礎上采用在線余熱淬火，離線的淬火回火處理或欠速淬火工藝。80年代發展起來的在線熱處理方式，也叫做全長淬火工藝，節能省工、投資少、生產周期短。在0.7—0.75%C鋼中添加Cr、Mn、Mo、Nb等合金元素，獲得980?1250Mpa抗拉強度，如表7所見，具有特色的是美國的Cr—Mo—V軌和巴西的Si—Nb軌。比較兩種強化方法，熱處理軌表面耐磨，但內部較差，耐蝕性不能改善。合金化軌里外質量一致，可以考慮改善耐蝕性。目前國內執行GB2585—81標準，主要的鋼種牌號有C—Mn鋼的U71Mn軌和微合金化的PD3軌和NbRE軌，見表8。我國鐵路建設，在“六五”和“八五”期間，以解決運輸能力制約國民經濟發展“瓶頸”問題，主攻“重載”，在現有設施基礎上擴大編組。從“九五”起，提速和高速已成為鐵路科技進步的主要體現。通過改造既有軌道結構和研制新型機車車輛，使客車運行速度提高到160Km/h，所謂“高速”，指建成200Km/h以上的專線客運列車的運行速度。對“重載”列車的鋼軌要求耐磨