低合金钢品种

微合金化钢知识讲座二低合金钢主要品种

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第二部分低合金钢主要品种

2.1 焊接高强度钢

焊接高强度钢，又叫做可焊接低合金高强度结构钢，是低合金高强度钢钢类的主体。

它有三个基本属性：

第一，较低的碳含量，有良好的焊接性。

第二，屈服强度高于普通碳素钢，作为结构用材时，钢的屈服强度参与结构的强度设计。第三。以高强度为基础，根据用途的不同要求，具有不同的特性，如抗时效、抗冲击、抗韧性撕裂，抗缺口敏感、耐火性等等。

我国的焊接高强度钢的主要钢种牌号已纳入GB／T1591—94中，由此派生的低合金专用钢分类及标准：

锅炉用钢 BG713—86，YBG741—87

压力容器用钢 GB5681—85，GB6653—86，GB6654—86

GB6655—86，GB6479—86，GB3513

造船用钢 GB712—88

汽车用钢 GB3273—82

桥梁用钢 YB(T)60—81

自行车用钢 GB3647—83，GB3696—83

保证厚度方向性能钢 GB5313

管材用钢 GB479—86，GB8162—87

GB8163—87，YB231—70

核能用钢

舰船用钢

兵器用钢等。

焊接高强度钢的合金设计，放在第一位考虑的是钢的强度，强化机制包括固溶强化、析出强化、细晶强化、位错及亚结构强化、以及相变的组织强化。此5种强化机制的组合，可以生产出屈服强度由295MPa～880Mpa不同级别的焊接高强度钢，以及不同强度和韧性匹配的强韧钢等级。

焊接性是焊接高强度钢的基本属性，要求在一定的焊接条件下，容易得到优良的焊缝及热影响区，具有与母材相当的力学性能和加工工艺性能。钢的化学成分对焊接性的影响从表2

可见。提高焊接性能的有效措施是降低碳含量、降低P、S含量，选用适宜的合金元素。

评价焊接高强度钢的焊接性的基本方法，通常采用焊接碳当量Ceq，

和焊接裂纹敏感性指数Pcm，

计算。

焊接高强度钢的生产

①普通质量级（A、B级）和优质级（C级）采用传统工艺流程，由氧气转炉冶炼、连铸坯、常规轧制生产。

表2 钢的化学成分对焊接性能影响

注：（1）游离B，（2）氧化物，（3）Al2O3，（4）AlN，（5）TiN，（6）BN，（7）氧化物

O：很有利，√：有利，●：很有害，×：有害。

②屈服强度在490Mpa以下的特殊质量级（D级和E级）采用优化流程生产，铁水预处理—氧气转炉冶炼—炉外精炼—连铸—控制轧制+控制冷却。

③屈服强度在490Mpa以上，特殊质量级（D级和E级）冶炼工艺保证高洁净度，轧后选用某种热处理制度。

部分国内外焊接高强度钢牌号对照见表3

表3 焊接高强度钢国内外牌号对照

2.2 合金冲压钢

在低合金高强度钢中有一类具有良好的冲压成形性能的钢，见表4，叫做低合金冲压钢，常以热轧状态用于家电轻工行业，以冷轧（及表面涂镀）状态用于汽车工业。

这类钢多数为薄钢板，除了有一定的强度和焊接性以外，突出的是具备一定的成形性能。所谓成形性是指薄板经冲压不起皱、不破裂、不回弹的能力。在实际生产中以冲成率或冲废率来衡量，而在理论上则以美国人G·Lumer教授提出的成形极限图来评价，主要的考核性能指数有：

①塑性应变比γ值：将金属薄板试样拉伸到产生均匀塑性形变时，在试样标距之内宽度与厚度方向的真实应变之比：

式中b0、b1、t0、t1分别为变形前后试板的宽度和厚度。

钢板平面的各向异性用∆γ计算。式中γ0、γ90、γ45分别表示不同方向的γ值。

∆γ大小反映冲压时“凸耳”的大小，希望∆γ越小越好。

②应变硬化指数n值：反映材料形变强化能力，在实际成形过程中，表示板材变形后加工硬化的程度，n值越大，成形操作很难继续进行，变形从难变形区域转移到未变形或变形小的区域中去。n值大小取决于钢质的洁净度和组织的粗细状况。

对冲压钢经常衡量的参数还有：钢的屈强比（屈服强度／抗拉强度），应变速率的敏感系数m值，综合成形参数F值等。

热轧冲压钢板

典型的用途是汽车大梁和滚型车轮，还用于汽车的前后保险杠、发动机悬置梁和传动轴管。有一般冲压型的铁素体一珠光体组织的钢板和优良加工性的铁素体—马氏体组织的双相强化型钢板。在强化机制方面，前者最大程度利用铁素体中Nb的析出强化作用，后者可以采用普通的热轧工艺生产（Mn-Si-Cr-Mo钢），也可以采用控制轧制和低温卷取的方式生产（Si-Mn-Cr钢）。国内常用的汽车大梁钢见表4。

表4 国内常用的汽车大梁用钢

滚型车轮钢包括轮辋用钢和轮辐用钢，耐疲劳是这类钢的重要性能要求，此外，还有钢板的尺寸精度和表面质量，是目前国内外同类产品差距的主要方面。国内的宝钢、鞍钢和武钢开发了一些车轮用钢如BLF—1，BLF—2，RCL—330，RCL—370和CL330等，国外开发的车轮用钢用铁素体一贝氏体，析出强化和三相钢3种类型。

冷轧冲压薄板

要求具有良好的深冲性能、抗凹陷性、高弹性模量和抗疲劳性能，要求钢的强度一延性的良好匹配，但正如大家知道的那样，随着钢的强度级别提高，钢板的回弹性增加，冲压性能会有所降低。因此，合金设计，晶粒细化强化是主要可采取的方案。相变强化也是值得采取的。冷轧冲压用钢有3种基本类型：

①铝镇静钢

②含P高强度钢

③高强度无间隙原子（IF）钢，具有超深冲特性与添加P、Mn、Si等元素的固溶强化机制的结合。

这3个类型代表了第二代和第三代冲压用钢的2个塑性应变比的级别 =1.4-1.8，1.8-2.8。尤其是IF钢的生产，原理上利用了Nb—Ti复合微合金化，形成碳氮化物固定了钢中的残留的C和N，应用上具有极好的深冲性。国内代表性的冷轧高强度冲压钢见表5。

表5 国内代表性的冷轧高强度冲压钢

2.3 低合金耐腐蚀钢

钢铁材料在自然界或在工作条件下，无时无刻不同程度地受着周围环境中的某些物质的侵害，这种侵害可能是化学的，电化学的，也可能的物理作用引起的。但主要是电化学腐蚀的形式。

什么是电化学腐蚀？从宏观上看，由两种不同电位的材料，构成腐蚀的阳极和阴极对时，在周围电解质的作用下，电位高的阳极成为牺牲者，而电位相对较低的阴极得到了保护。从微观上看，两种不同组织之间，基本相与钢中夹杂物、沉淀相之间，也构成了这样阳极～阴极的“微电池”，一方被溶解，另一方受保护，甚至材料表面上存在的划痕等各种缺陷所构成的不均匀，也会造成腐蚀。这是最简单的材料腐蚀的道理。

工业上常用金属材料的耐腐蚀性分为6类共10级，低合金高强度钢属于耐腐蚀性评价标准的耐蚀性分类的V类的8—10级。而我们称之为低合金耐腐蚀钢的低合金钢，耐腐蚀性优于普通碳素钢，划为耐蚀性分类的Ⅲ—Ⅳ类4—7级，包括耐大气腐蚀钢和耐海水腐蚀钢。

①低合金耐大气钢蚀钢

大气的主要成分为氮、氧、氩、水汽和二氧化碳，还含有二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氨及盐雾，对材料腐蚀影响最大的是氧和水汽，空气中的盐雾加速材料的腐蚀。在干燥的大气中，属于常温化学腐蚀，氧化速度较低；在潮湿的大气里，属电化学腐蚀，大气中的湿度越大、材料表面吸附的水膜越厚，腐蚀速度加快。