低合金高强度钢

high-strength low alloy steels

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，发低合金高强度钢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。

低合金高强度结构钢:

是指在冶炼过程中增添一些合金元素，其总量不超过5%的钢材。加入合金元素后钢材强度可明显提高，是钢结构构件的强度、刚度、稳定三个主要控制指标都能充分发挥，尤其在大跨度或者重负荷结构中有点更为突出，一般可比碳素结构钢节约20%左右用钢量。

国家标准中规定，分为8个牌号，Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690;由于质量不同分为A、B、C、D、E等级。

《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591-2008 取代GB/T 1591-94)

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*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。

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/mm平方级的钢种占大多数，应用*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。

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/mm平方的非调质厚板也可采用轧后控制冷却的方法来生产。

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。随着中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%。 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。

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。

在中国，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。