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低合金鋼的發展史

鋼材牌號及型號規格：低合金鋼

低合金鋼性能用途、密度硬度和化學成分： 介紹中國鋼產量已突破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低合金鋼，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

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介紹

　　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低合金鋼，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，一些科技管理干部覺得“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。
　　按國際標準，把鋼區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，并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，總量低于3%稱為低合金鋼，5～10%為中合金鋼，大于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低合金鋼焊條，如優質碳素結構鋼、合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼低合金鋼價格、碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、不銹鋼、耐熱鋼、電工鋼，還包括高溫合金、耐蝕合金和精密合金等等。在鋼的分類上，近年雖努力向國際通用標準靠攏，但還有許多不同之處。
　　① 隨著特鋼向“特”、“精”、“高”發展，向深加工方向延伸，特鋼的領域越來越窄。美國特鋼協會將特鋼定位在工模具鋼、不銹鋼、電工鋼低合金鋼牌號、高溫合金和鎳合金。日本把結構鋼和高強度鋼歸并在特鋼范疇。隨著中國普鋼企業的技術改造和工藝進步，特鋼企業的產品領域也在縮小，1999年普鋼廠已生產特鋼產品總量的34%。
　　② 國外的低合金鋼，實際上是我們所熟悉的低合金高強度鋼，屬于特殊鋼范疇，在美國叫做高強度低合金鋼（HSLA—Steel），俄羅斯及東歐各國稱為低合金建筑鋼，日本命名為高張力鋼。而在國內，首先是把低合金鋼劃入了普鋼范圍，概念上的區別導致在產品質量上的差異。在名稱上也幾經變化，如低合金建筑鋼、普通低合金鋼、低合金結構鋼低鎳鉻合金，至1994年叫做低合金高強度結構鋼（GB/T1591—94）。到目前為止，從發表的資料文獻來看，低合金鋼的名稱仍然隨著、企業和作者而異。
　　③ 低合金鋼與碳素鋼、低合金鋼與合金鋼之間，明確劃出的概念是不存在的。在國外，50年代曾給低合金鋼下過定義，總的意思是，凡是合金元素總量在3%以下，屈服強度在275Mpa以上，具有良好的可加工性和耐腐蝕性，以型、帶、板、管等鋼材形狀，在熱軋狀態直接使用的軟鋼的替代品。當然，在技術發展進程中，低合金鋼不論在合金含量、性能水平和交貨狀態，已經有了很大的變化。
　　在中國，低合金鋼是一個更加籠統的鋼類，鋼材品種不僅含有低合金焊接高強度鋼，還包容了低合金沖壓鋼、低合金耐腐蝕鋼、低合金耐磨損鋼、低合金低溫鋼、甚至還納入了低、中碳含量的低合金建筑鋼和中、高碳含量的低合金鐵道軌鋼。具有中國特色，但帶來的一個問題是缺乏與國外統計數據的可比性。

發展史

　　低合金鋼的出現可以追溯到19世紀的1870年，一種碳含量0.64～0.9%和鉻含量0.54～0.68%、抗拉強度685Mpa、彈性極限410Mpa鋼，次被采用于工程結構，建造了跨度158.5m的拱形橋梁。但這種鋼不理想也是十分明顯的，需要軋后熱處理，難以機械加工，耐蝕性又不良。隨后的1個多世紀的時間，世界各國不斷探索，大體上可以把低合金鋼區劃為三個不同特征的發展階段，在20世紀20年代以前，20～60年代及60年代以后。前兩個階段姑且合稱為傳統的低合金鋼發展階段，后一階段可以稱為現代低合金鋼發展階段（后面我們稱它為微合金鋼Microalloyed Steel）。
　　前一時期低合金鋼的重大發展有三個標志：
　　① 由單一元素合金化向多元素合金化發展
　　1895年曾采用0.40～0.56%C和3.5%Ni的鋼建造了俄國的“鷹”級驅逐艦，該鋼的加工性比初期的鉻鋼要好得多，屈服強度在355Mpa。20世紀初還用8000多噸含鎳的鋼建造了跨度為448m的橋梁，美中不足的是這種鋼的合金資源有限，成本又高。此后開發了1.25%Si的低合金鋼，建造了橫渡大西洋的船舶和跨度110m的橋梁，俄國利用鐵銅混生礦源，曾開發了0.7～1.1%Cu的低合金鋼用于造船、建橋，這種鋼導電性好，抗腐蝕性優良。
　　長達30多年的生產和應用經驗的積累，發現多元合金化的低合金鋼綜合性能更佳，經濟上更劃算，開發了二元合金化的Ni-Cr、Cr-Mn、Mn-V低合金鋼，和三元復合合金化的Cr-Mn-V、Cr-Mn-Si、Mn-Cu-P等低合金鋼。用途上也擴大到了鍋爐、容器、建筑和鐵塔等方面。20世紀20年代全世界的低合金鋼產量達到200萬噸。
　　② 賦予低合金鋼的特征：低碳、可焊接
　　在工程結構廣泛采用焊接技術之后，給低合金鋼發展帶來深遠的影響。為減小焊接熱影響區硬化和開裂、焊接接頭延性惡化，把低合金鋼的碳含量由0.6%降到0.4%，隨后又降至0.2%，至60年代末再降至0.18%，提出了焊接碳當量的可焊性判據。為了獲得高強度鋼不斷增高的強度需求，出現了兩條發展途徑，一個是提高合金含量，另一個是熱處理手段，各有利弊，至今屈服強度高于600Mpa的鋼仍采用熱處理，E級和F級船板仍規定正火狀態使用，再如鐵路鋼軌仍有合金化軌和全長淬火軌的兩種生產方式。
　　③ 注意到鋼的冷脆傾向性和時效敏感性
　　二次世界大戰期間大量“自由”輪在運行中斷裂及許多鍋爐、容器的失效，注意到了鋼冷脆傾向與鋼的粗晶結構和有害元素P、S的含量有關，而鋼的時效傾向是由鋼中N所致，從而采取了降硫、鋁細晶化和控制終軋溫度等優化工藝。為了鋼結構的安全使用和壽命，同時還開發了低溫夏氏V型缺口沖擊、溫度梯度雙重拉伸、零塑性轉折落錘及BDWTT落錘撕裂等試驗方法及制訂了相應的斷裂韌性判據。
　　20～60年代間，工業發達的低合金鋼開發帶來了經濟的繁榮和現代化。據不完全統計，全世界成熟的低合金鋼鋼種牌號有2000余個，形成了5大合金成分系列：
　　⑴ 以德國St52鋼為代表的C-Mn鋼系列，日本的SM400、中國的16Mn屬于這類鋼。
　　⑵ 以美國Vanity鋼為代表的Mn-V-（Ti）鋼系列，構成了現代微合金化的先驅。
　　⑶ 美國的含P-Cu鋼系列，代表鋼種有Corten和Mariner鋼，具有良好的耐大氣和海水腐蝕性。
　　⑷ Ni-Cr-Mo-V鋼系列，如美國開發的淬火回火狀態T-1鋼板成功用于壓力容器的建造。

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