低合金钢

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低合金钢是合金元素总量小于5%的合金钢,由于合金元素的强化作用,低合金钢的屈服点比普通碳素钢高25-150%,加之大多低碳,而具有良好的塑性韧性和焊接性能,有的还具有耐腐蚀、耐低温等特性,因此,低合金钢是一类很有发展前途的钢,在钢的生产中比例越来越大。  

  低合金钢

低合金钢分类

低合金钢按质量和用途分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢。

低合金钢性能

低合金钢强度

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。

低合金钢成形性能

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。

低合金钢焊接性能

由于钢结构在制作加工过程中经常使用焊接工艺,因此对于这类用途的低合金高强度钢来说,能够采用在薄板和钢带这样的厚度情况下广泛使用的电弧焊工艺进行焊接是非常重要的,所制作的钢结构的焊缝应具有要求的强度和韧性也同样是非常重要的.这样才能经受住预定用途出现的最不利的条件。日前低合金高强度钢的发展与各种焊接工艺的发展足同步进行的,要特别注意确保这些钢能够具有适当的焊接性能。如果焊接操作得当,大部分低合金高强度钢是可以很好地进行焊接的。对于大型型钢和较高碳和锰含量的牌号,需要预热和(或)采用低氢焊条。对于某些低合金高强度钢无论厚度是多少,都应采用低氧焊条。对最小屈服点最高达约345MPa的低合金高强度钢进行气体保护熔化极电弧焊,采用低碳涂药焊条通常是合适的。对于最小屈服点高于约415MPa的钢和当对焊缝金属要求特殊的性能,如更高的耐腐蚀性能时,则通常需采用低合金钢焊条。对于埋弧焊、气体保护金属极电弧焊和药芯焊丝电弧焊,推荐采用与气体保护熔化极电弧焊所建议采用的焊条一样的充填金属的焊条。对于汽车工业用低合金高强度钢薄板,一般限制其碳含量不大于0.13%以得到良好的点焊性能。

低合金钢耐腐蚀性能

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。

低合金钢缺口韧性

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,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。