低碳微合金钢部分物理性能的研究(3)
低合金高强度钢, 特别是其中的微合金钢, 是近30年来发展最迅速、最富活力的钢类之一。它以板带为主, 采用现代钢铁冶金工艺技术, 应用方面广, 花色品种多, 质量要求高。一般认为, 凡是合金元素总量在5%以下, 屈服强度在275MPa以上, 具有良好的可焊性、耐蚀性、耐磨性、成形性,通常以板、带、型、管等钢材形式直接供用户使用的结构钢种可称之为低合金高强度钢。钢筋和钢轨可以归属低合金钢, 但不能算低合金高强度钢。机械制造用中碳低合金调质结构钢和非调质的结构钢也不能归属低合金高强度钢, 因为它们不具备现代工程结构制造要求的可焊性, 而且需要经过锻造、热处理以及切削加工后使用。
从1870年美国圣路易斯城附近一座横跨密西西比河的桥梁拱型析架采用含Cr1.5%--2.0%的低合金高强度钢到现在, 已有120多年的发展历史。从合金设计角度来看, 大体上经历了三个阶段。第一阶段为本世纪年代以前。结构制造主要采用铆接, 设计规范主要采用抗拉强度。钢的强化主要靠碳以及加人单一合金元素, 如Cr、Ni、Si等。碳含量达到0.3%以上, 合金元素加人量相对较高, 达到2%-3%, 甚至更高一些。最初的低合金高强度钢可以说是由机械制造用合金结构钢移植过来的。第二阶段为本世纪20年代以后, 结构制造中日益广泛地采用焊接技术。在某些领域, 设计规范逐步采用屈服强度。对于钢种的焊接性开始提出要求。降低碳含量和碳当量（Ceq）是大势所趋。钢种向低碳多元素方向发展。碳含量一般降到0.2%以下, 合金元素2-3个, 甚至更多。第三阶段，自本世纪年代至今。钢中碳含量进一步降低到以下, 有的钢种甚至进人超低碳范围。Ti、V、Nb、等微合金元素逐步进人角色。近年来, 的析出强化已用于开发舰艇、工程机械高强度钢和
高强度深冲钢。目前正由单一元素微合金化向多种元素复合合金化方向发展。
还在上述发展的第二阶段, 人们即已认识到, 为了改善低合金高强度钢的性能, 单靠合金化的作用是有限的。一方面, 对低合金高强度钢性能的要求越来越多, 而且指标
越来越高, 另一方面, 由于低合金高强度钢的使用面扩大, 经济性问题也日益突出。利
用新工艺技术是提高低合金高强度钢综合性能和改善性能价格比的有效途径。德国的St.52钢, 从最初的Si、Mn钢加人少量Al, 研制成细晶粒的以及高纯度细晶粒的St.52钢就是很好的实例。二次世界大战结束前后开发出淬火回火的低碳马氏体钢, 如HY-80、AK-25以及USST-1钢则是采用工艺技术的另一范例。但是, 生产工艺技术进步的作用只有在低合金高强度钢发展的第三阶段才比较明显地发挥出来。现在可以认为, 合金元素, 特别是微合金元素的作用, 只有采用一定的生产工艺技术才能充分发挥。现代的低合金高强度钢应是合金化、微合金化与先进工艺技术相结合的产物利用微合金化和现代生产工艺技术生产的低合金高强度结构钢的屈服强度与韧脆转折温度T27有关系。用不同合金设计及制造工艺组合可以生产最低屈服强度210-960MPa,相应韧脆转折温度孔达到一110℃ 的各种结构钢种, 足以满足各种工程结构日益增长的需求。
我国低合金高强度钢的研究开发工作起步于50年代末、60年代初, 正好处于国际上低合金高强度钢新的发展阶段。我国已经而且将要更好地利用新阶段国际上开发的微合金化技术和现代生产工艺技术的一切有用成果来发展新品种和改造老品种, 使我国的低合金高强度钢品种提高档次, 质量上新台阶, 实物质量赶超世界先进水平。下面着重介绍低合金高强度钢的合金设计和生产工艺技术的最新发展。