低合金鋼

低合金鋼是指合金元素總量小於5%的合金鋼。低合金鋼是相對於碳鋼而言的，是在碳鋼的基礎上，為了改善鋼的性能，而有意向鋼中加入一種或幾種合金元素。加入的合金量超過碳鋼正常生產方法所具有的一般含量時，稱這種鋼為合金鋼。當合金總量低於5%時稱為低合金鋼，普通合金鋼一般在3.5%以下，合金含量在5-10%之間稱為中合金鋼，大於10%的稱為高合金鋼。

基本介紹

• 中文名：低合金鋼
• 外文名：lean alloy steel
• 定義：合金元素總量小於5%的合金鋼
• 高合金鋼：合金元素的總量大於10%的鋼
• 中合金鋼：合金元素的總量在5-10%之間的鋼

生產現狀

中國鋼產量已突破6億噸，鋼材數量不再是主要矛盾，鋼材品種結構不合理的矛盾十分突出。當前行業的主要任務是努力提高產品的市場競爭力，站在可持發展的新起點上，把大力開發低合金鋼列入發展戰略的重要內容。許多普鋼企業在鋼材品種結構調整和編制科技發展規劃中，已意識到低合金鋼生產是提高產品技術含量和附加值的關鍵，對低合金鋼開發中碰到的種種問題心中無數，一些科技管理幹部覺得“成也低合金鋼，敗也低合金鋼”，迫切要求對低合金鋼有個全面的了解。

我國普通低合金鋼目前生產情況可歸納成以下幾點：

1. 在含碳量方面屬於低碳，含碳量一般小於0．20%；
2. 在合金方面一元鋼和二元鋼占有較大的比重；
3. 在供貨狀態方面多為熱軋狀態交貨；
4. 不少鋼種加入稀土元素以提高綜合性能；
5. 大部分普通低合金鋼是屬於鐵素體+珠光體型的。

用途和特性

低合金鋼焊接結構的零部件通常需要經過加工成形—焊接—焊後熱處理等工序，這就要求鋼材具有良好的工藝性能。工藝性能包括金屬的焊接性，切削性能，冷、熱加工性能，熱處理性能，可鍛性，組織均勻穩定性及大截面的淬透性等。在考慮材料成本的同時還應考慮材料加工、焊接難易程度不同對製造費用的影響。

低合金鋼在工程機械、船舶、橋樑、高層建築、鍋爐及壓力容器、電力、各種車輛的製造中得到了廣泛的套用。這與它的特性（如：塑性、韌性、焊接性能）是分不開的。圖集中展示了一些常見的低合金鋼的用途和特性。

低合金鋼性能

強度

鋼結構件的屈服點決定了結構所能承受的不發生永久變形的應力。典型碳素結構鋼的最小屈服點為235MPa。而典型低合金高強度鋼的最小屈服點為345MPa。因此，根據其屈服點的比例關係，低合金高強度鋼的使用允許應力比碳素結構鋼高1.4倍。

與碳素結構鋼相比，使用低合金高強度鋼可以減小結構件的尺寸，使重量減輕。必須注意，對於可能出現彎曲的構件，其許用應力必須修正，以達到保證結構的堅固性。有時用低合金高強度鋼取代碳素結構鋼但不改變斷面尺寸，其唯一的目的是在不增加重量的情況下而得到強度更高更耐久的結構。節約重量對運輸車輛的結構是最重要的，這樣就可以運輸更重的重量和減少能量消耗。

最新的發展是採用通過臨界退火和快速冷卻得到馬氏體和鐵素體二相顯微組織（或雙相顯微組織）的低合金高強度鋼。這種鋼的薄板產品有極好的成形性能，屈服點一般為310～345MPa，通過汽車部件壓力成形產生的應變，屈服點可以提高到550MPa或更高。

成形性能

為了容易地和經濟地進行熱或冷加工以製成工程結構的各種部件，低合金高強度鋼必需具有適當的成形性能。和碳素結構鋼一樣，低合金高強度鋼一般可以進行這樣的加工，以及如剪下、沖孔和機加工藝。雖然其屈服點高，即使成形操作變形相當劇烈也同樣可以使用用於碳素結構鋼成形的冷彎衝壓機、拉拔機、壓力機和其他設備，但是一些設備具需要修改。

低合金高強度鋼和碳素結構鋼的冷成形性能之間有固有的區別。首先，使低合金高強度鋼產生一定量的永久變形比同樣尺寸的碳素結構鋼需要更大的力。第二，當低合金高強度鋼成形時，對回彈應給出稍大些的允許量。

根據經驗，除非對低合金高強度鋼進行控制夾雜物形狀的處理，否則在進行冷成形時必須使用比碳素結構鋼更大的彎曲半徑。

焊接性能

由於鋼結構在製作加工過程中經常使用焊接工藝，因此對於這類用途的低合金高強度鋼來說，能夠採用在薄板和鋼帶這樣的厚度情況下廣泛使用的電弧焊工藝進行焊接是非常重要的，所製作的鋼結構的焊縫應具有要求的強度和韌性也同樣是非常重要的，這樣才能經受住預定用途出現的最不利的條件。

目前低合金高強度鋼的發展與各種焊接工藝的發展足同步進行的，要特別注意確保這些鋼能夠具有適當的焊接性能。如果焊接操作得當，大部分低合金高強度鋼是可以很好地進行焊接的。對於大型型鋼和較高碳和錳含量的牌號，需要預熱或採用低氫焊條。對於某些低合金高強度鋼無論厚度是多少，都應採用低氧焊條。

耐腐蝕性

當使用低合金高強度鋼時，都是希望取其強度高的優點而用較薄的截面，這不僅僅是為了節省重量而且也是為了儘可能的經濟。但是，必須要充分考慮腐蝕這一因素，鋼材截面愈薄就愈應注意防腐。任何鋼結構的防腐一般都是通過在適當準備的表面上塗防腐層並且對防腐層加以保護的方法來達到的。

一些低合金高強度鋼具有良好的耐大氣腐蝕性能，其不僅可以提高防腐塗層的效果，而且在某些情況下採取適當的預防措施甚至還可以在不塗層的狀態下暴露在大氣中使用。提高耐大氣腐蝕性能的元素是銅、磷、矽、鉻、鎳和鉬。一些低合金高強度鋼的優良的耐大氣腐蝕性能導致形成了建築、橋樑等結構設計的新概念，即這些結構選用適當的低合金高強度鋼的裸露構件來建造。

在正常暴露在大氣中的情況下，裸露的鋼在大氣腐蝕的最初幾個月形成一種緊密的保護性氧化膜。有時建築師選用裸露的鋼結構是因為希望得到鋼表面均勻的大氣氧化的外觀，而有時則是為了節省塗保護層以達到經濟的目的。在裸露狀態下使用這些低合金高強度鋼，設計上必須考慮鋼的表面不能長期是潮濕的，而且還應特別注意特殊的大氣環境，以保證在此條件下鋼的腐蝕速率是允許的。

例如在強化學或工業煙氣的條件下則顯然是不適宜的。為了驗證在某些環境下是否可以使用裸露的鋼結構。需要對大氣環境進行測定，甚至需要進行裸露試驗。

缺口韌性

低合金高強度鋼牌號在設計上具有對其預期的結構用途來說相當好的缺口韌性。具體牌號的低合金高強度鋼其缺口韌性的適用性，或是只根據已有的使用經驗，或是結合缺口試樣的衝擊試驗結果綜合考慮。為了滿足某些用途的極嚴格的要求，生產的一些低合金高強度鋼具有極好的缺口韌性。例如，通常採用控制熱軋技術生產用於製造焊接管線鋼管的低台金高強度鋼鋼板，這種鋼管需要符合有關標準對缺口韌性規定的要求。

重要意義

1．充分利用我國豐富資源，走“獨立自主、自力更生”的道路。

我國普通低合金鋼是充分利用我國豐富資源，擺脫鎳、鉻的束縛而發展起來的一個獨立的低合金鋼系統。如今我國不僅煉出了不含鎳、鉻的優質的低合金鋼，而且利用我國豐富資源，創造了很多在性能優良的新鋼種，在鋼種發展上開創了嶄新的局面。

2．有力地支援了國防建設。

由於普通低合金鋼強度高，綜合性能好，用它製造的武器、裝備，具有輕便、速度快、性能好的特點，已在國防建設中，發揮了很大的作用。

3．有力地促進了各工業部門的設汁革命、工藝革命和產品革命。

普通低合金鋼除具有良好的機械性能外，還具有耐中溫、耐低溫、耐磨、耐腐蝕等特殊性能，從而在很大程度上改變了化工、石油、船舶、鍋爐、車輛、橋樑、鐵道、建築、礦山等方面用鋼的面貌，為一些工業部門進行設計革命提供了物質基礎，也為一些工業生產進一步向高溫、高壓、高速發展，進一步強化和革新生產工藝創造了條件，此外，由於材料的改進，很多工業產品的體積、重量、性能和使用壽命也相應地發生了根本性的變化。因此普通低合金鋼的發展，在一定程度上來說，為很多工業部門進行設計、工藝和產品革命，趕超世界先進水平創造了條件。

4．節省鋼材，提高使用壽命，易於大量生產，成本低，便於推廣使用，是多快好省地發展鋼鐵工業的良好途徑。

普通低合金鋼製造的設備，使用壽命比碳素鋼高，特別是用在化工、石油、礦山等腐蝕或磨損嚴重的條件下，其使用壽命比碳素鋼提高几倍到幾十倍。由於普通低合金鋼採用普通的煉鋼、軋鋼設備和普通的冶煉、軋制工藝進行生產，成本也與碳素鋼相近，因此可以在各工業部門大量推廣使用。

其他相關

鋼的分類

按國際標準，把鋼分為非合金鋼和合金鋼兩大類。非合金鋼是通常叫做碳素鋼的一大鋼類，鋼中除了鐵和碳以外，還含有爐料帶入的少量合金元素Mn、Si、Al，雜質元素P、S及氣體N、H、O等。合金鋼則是為了獲得某種物理、化學或力學特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V等，並對雜質和有害元素加以控制的另一類鋼。

原則上講，合金鋼分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。顧名思義，以含有合金元素的總量來加以區分，總量低於5%稱為低合金鋼，5-10%為中合金鋼，大於10%為高合金鋼。在國內習慣上又將特殊質量的碳素鋼和合金鋼稱為特殊鋼，全國31家特鋼企業專門生產這類鋼。如優質碳素結構鋼、合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、不鏽鋼、耐熱鋼、電工鋼，還包括高溫合金、耐蝕合金和精密合金等等。

鋼中合金元素

低合金鋼中最常用的合金元素為錳、矽、鉻和鎳。如果必須提高抗腐蝕性能，則向鋼中添加銅。這類元素(鉻和鎳除外)能提高強度極限，使塑性略有變化，降低衝擊韌性。

低合金鋼的含鎳量不超過1%。這一元素對鋼的增強不夠顯著，而對塑性及衝擊韌性卻有良好的影響，並且能提高鋼的抗脆性破壞性能。鎳的含量往往由於它的稀缺而受到限制。

在多元合金化的情況下，鉻能增加鋼的強度，並對低溫穩定性有良好的影響。在低合金鋼的一般含量(≤0.9%)情況下鉻對可焊性沒有不良作用。

低合金鋼中通常加入0.3%的銅。在這種含量下，銅能改善耐腐蝕性能，並使強度性能有所提高。此外，這樣的含銅量對鋼的可焊性無不良作用，而且不會引起紅脆現象。

冶金工作者今後的努力方向是研製強度相當高的、可焊性良好的、冷脆溫度較低的鋼種。用少量的硼、鉬、釩、鈮、鈦等元素進行嚴格比例的單一合金化或多元合金化時，可製成新型的鋼種。