低合金高强度结构钢
High Strength Low Alloy Steel
一、定义
中国国家标准GB/T13304-1991《钢分类》，参照国际标准，对钢的分类作了具体的规定。 低合金高强度钢HSLA是在碳素钢的基础上，通过加入少量合金元素并在热轧、控轧或热处理状态下，具有高强度、高韧性，较好的焊接性、成型性或耐腐蚀性等特征的钢材。
成分特点：低碳（Wc≤%），低合金。
性能特点：比普通碳素结构钢有较高的屈服强度和屈强比、较好的冷热加工成型性、良好的焊接性、较低的冷脆倾向、缺口和时效敏感性，以及有较好的抗大气、海水等腐蚀能力。
二、低合金高强度钢的发展
1867-1874年，美国含铬结构钢，1902-1906年，美国含镍结构钢，1915年，美国含锰%桥梁用结构钢。20世纪60年代以后，冶金生产工艺技术和低合金钢开发均取得巨大发展，锰、硅、铬、镍、钒、钛、铌等微合金元素的强化作用已清楚。
80年代后随着技术进步，通过钢质净化、晶粒细化、组织优化、基体强化等，促进了新型低合金钢的开发。低合金钢是近30年来发展最快、产量最大、经济性最好、使用面最广、前景最广阔的钢类。目前，新型的低合金高强度钢以低碳（≤%）和低硫（≤%）为主要特征。
我国是1957年在鞍钢试制成功第一炉低合金钢16Mn，随后研制出16Mn系列的桥梁用、船用、锅炉用、压力容器用、汽车用低合金钢。1966年，低合金钢产量141万吨，占钢产量8%；至1979年，低合金钢产量254万吨，仍占钢产量8%。1997年，低合金钢产量2368万吨，占钢产量22%。各发达工业国家的低合金高强度钢产量约占钢产量的10%。
为进一步提高低合金高强度钢的性能，在低合金高强度钢的基础上，通过进一步降低碳质量分数、微合金化和控制轧制而发展了一系列新型低合金高强度结构钢，主要有以下四种：微合金化低碳高强度钢、低碳贝氏体型钢、低碳索氏体型钢、针状铁素体型钢。
三、低合金高强度钢中元素的作用
常用的合金元素按其在钢的强化机制中的作用可分为：固溶强化元素（Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等）、细化晶粒元素（Al、Nb、V、Ti、N等）、沉淀硬化元素（Nb、V、Ti等）以及相变强化元素（Mn、Si、Mo等）。
C：在钢中形成珠光体或弥散析出的合金碳化物，使钢得到强化。在微合金钢中为形成一定量的碳－氮化物，碳的含量只需要～%；降碳可大大改善钢的韧性和焊接性能。
Mn：高的Mn/C比对提高钢的屈服强度和冲击韧性有好处。锰能降低γ→α转变温度；
有利于针状铁素体的形核；在加热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度，从而增加了铁素体中碳化物的弥散析出量。此外，由于高锰导致钢的应力/应变特性的变化，可以抵销鲍欣格效应的强度损失。
Si：多数低合金高强度钢不用硅合金化，在热轧铁素体-马氏体多相钢中，硅是添加元素。 Mo：含钼钢（≤%）有较高的强度，比传统的铁素体－珠光体钢又有较高的韧性。钼对钢在冷却过程中珠光体转变有抑制作用。在针状铁素体钢和超低碳贝氏体钢中的含钼量一般在～%。
Nb、V、Ti：低碳的锰钢或低碳的锰-钼钢中添加～% Nb（或V、Ti），有明显的晶粒细化和沉淀硬化作用。钛在钢中形成硫化物，改善冲击吸收功的各向异性和冷成型性。
稀土元素（RE）：微量（%左右）稀土金属，不影响钢的强度。其主要作用是脱硫，它又是最有效的硫化物形态控制元素，减小韧性的各向异性，防止钢的层状撕裂。
其他元素Ni、Cr、Cu等：在微合金钢中固溶硬化并不十分有效，在非调质钢中一般控制在较低的含量范围。
四、各国低合金高强度结构钢牌号命名方式
1.我国牌号命名方式
中国现行有两个钢铁产品牌号表示方法标准，GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示法》和GB/T17616-1998《钢铁及合金牌号统一数字代号体系》。这两种表示方法在现行国家标准和行业标准中并列使用。此外，GB/T1591-2008对《低合金高强度结构钢》也作了具体规定。
GB/T 1591-2008规定，低合金高强度钢分为8个牌号，Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690；由于质量不同分为A、B、C、D、E等级。例如：Q345D，其中：
Q——钢的屈服强度的“屈”字汉语拼音的首位字母； 345——屈服强度数值，单位MPa； A、B、C、D、E——分别为质量等级符号。
当需方要求钢板具有厚度方向性能时，则在上述规定的牌号后加上代表厚度方向（Z向）性能级别的符号，例如：Q345DZ15。
低合金高强度结构钢按脱氧方法分为镇静钢和特殊镇静钢，因此在牌号的组成中表示脱氧方法的符号“Z”和“TZ”予以省略。
低合金高强度结构钢也可以采用二位阿拉伯数字和化学元素符号表示，例如：16Mn。 专用低合金高强度结构钢一般采用代表屈服强度的符号“Q”、屈服强度数值和代表产品用途的符号来表示。例如：Q345R是压力容器用钢的牌号。
专用低合金高强度结构钢的牌号通常也可以采用阿拉伯数字（用二位阿拉伯数字表示平
均碳质量分数，以万分之几计）、化学元素符号以及产品用途符号表示。例如：压力容器用钢16MnR。
2.日本牌号命名方式
日本JIS标准中钢的牌号系统不仅表示出钢类，而且表示出钢材种类和用途等。牌号的主体结构基本上由三部分组成，如下表所示：
表1 JIS标准牌号组成
牌号第一部分 前缀字母表示材质，符号S表示钢 牌号第二部分 苒文字母或罗马字表示用途和种类 牌号第三部分 数字表示最低抗拉强度或最低屈服强度，或钢类和钢材序号 后缀符号 后缀符号表示生产方法或热处理状态 根据我国标准GB/T13304《钢分类》，日本JIS标准中与我国低合金钢近似的部分有关牌号的表示方法如下表所示：
表2 我国与日标低合金钢近似牌号
我国分类 一般结构用轧制钢材 焊接结构用轧制钢材 焊接结构用耐大气腐蚀轧制钢材 高耐大气腐蚀轧制钢材 一般结构用轻型钢材 日本标准表示 SS SM SMA SPA-H（热轧） SPA-C（冷轧） SSC 我国分类 一般结构用碳素钢管 一般结构用矩形钢管 链条用圆钢 汽车用良好成型性能的冷轧高强度钢板和钢带 钢筋混凝土用棒材 日本标准表示 STK STKR SBC SPFC SR、SD 3.德国牌号命名方式 DIN是德国工业标准（Deutsche Industrie Norm）。关于DIN标准的牌号表示方法，有DIN 17006体系和DIN 17007体系两种。
根据DIN 17006对牌号表示方法的规定，它的牌号由三部分组成：
①表示钢的强度或化学成分的主体部分；②冠在主体前面表示冶炼或原始特性的缩写字母；③附在主体后面的代表保证范围的数字和处理状态的缩写字母。不过②、③两部分在非必须时可予省略。
DIN 17006低合金高强钢的牌号主体是由表示含碳量为万分之几的数字合金元素符号和表示合金元素含量值的数字组成，合金元素采用化学符号来表示，并按其含量的多少依次排列，当含量相同时则按字母次序排列。合金元素含量值的表示方法如下表所示：
表3 低合金钢合金元素含量值的表示方法
合金元素 Cr、Co、Mn、Ni、Si、W Al、Cu、Mo、Nb、Ta、Ti、V C、N、P、S 指数（平均含量的百分数乘以） 4 10 100 DIN 17007体系数字代号（W—Nr.）是德国标准委员会提出的。这套用数字体系表示材料牌号的方法，是在20世纪40年代德国钢铁工业大发展时期建立起来的，以后经过多次修
改。1959年后，联邦德国标准委员会把各部分金属材料的数字代号表示分别订为正式标准，后又根据1974年欧洲标准E20—74对钢的分类和命名作了合理修订。现在DIN 17007数字代号和DIN 17006字母—数字体系的牌号这两种表示方法，在钢铁和其他金属材料标准中间时并列，广泛应用。
数字代号（W—Nr.）系由7位数字组成，数字所表示的含义如下：
数字代号第1位数字中：0—生铁和铁合金；1—钢和铸钢；2—重金属（除钢铁外）；3—轻金属；4-8—非金属材料。
钢和铸钢的数字代号体系第一位数字为“1”，而第四位和第五位数字是任意确定的，并不代表钢种成分。第六位和第七位数字为附加数字，在标准中常常不使用，具体含义如下：
表4 第六、七位数字含义
第六位数字用来表示“钢的获得方法”（冶炼方法和浇注方法） 0 不定的或无意义的 1 沸腾碱性转炉钢（托马斯钢） 2 镇静碱性转炉钢（托马斯钢） 3 特殊冶炼方法沸腾钢，例如特殊精炼转炉钢 4 特殊冶炼方法镇静钢，例如特殊精炼转炉钢 5 沸腾平炉钢 6 镇静平炉钢 7 沸腾氧气吹炼钢 8 镇静氧气吹炼钢 9 电炉钢 第七位数字用来表示“处理状态” / 1 2 3 4 5 6 7 8 9 / 正火 软化退火 热处理后具有良好的可切削性 韧性调质 调质 硬性调质 冷变形 弹簧硬化冷变形 根据特殊规定的处理 4.国内外低合金高强度结构钢牌号对照 表5 低合金高强度结构钢世界牌号对照表
国家 品名 中国 GB Q345A 牌号 Q345D 美国 AST Cr50 ， A808M Gr50 日本 JIS SPFC590 德国 DIN DINEN S335J0 英国 BS BSEN S335J0 法国 NF NFEN S335J0 国际标准化组织 ISO 630 E355DD 五、低合金高强度钢用途 GB/T1591-1994中部分低合金高强度结构钢主要性能及应用举例如表下所示：
表6 GB/T1591-1994中部分低合金高强钢主要性能及应用举例
牌号 Q345 Q390 Q420 主要特性 综合力学性能好，焊接性、冷、热加工性能和耐蚀性能均好，C、D、E级钢具有良好的低温韧性 强度高，特别是在正火或正火加回火状态有较高的综合力学性能 强度最高，在正火，正火加回火或淬火加回火状态有很高的综合力学性能，全部用铝补充脱氧，质量等级为C、D、E级，可保证钢的良好韧性 应用举例 船舶，锅炉，压力容器，石油储罐，桥梁，电站设备，起重运输机械及其他较高载荷的焊接结构件 大型船舶，桥梁，电站设备，中、高压锅炉，高压容器，机车车辆，起重机械，矿山机械及其他大型焊接结构件 备用钢种，用于各种大型工程结构及要求强度高，载荷大的轻型结构 Q460 1.我司低合金高强度钢产品 我司低合金高强度结构钢代表钢种Q345B、Q345E、Q345ES等，涉及Φ75mm-Φ800mm规格不等棒材、连铸圆坯、钢锭。 2.我司低合金高强度钢生产流程
炼钢工艺流程：废钢+铁水→电炉→钢包→LF炉→VD炉→①连铸→连铸坯 ②模铸→钢锭
轧钢工艺流程：连铸坯、钢锭→加热炉→初轧→连续轧制→退火→精态→探伤→成品 3.我司主要产品规格及使用单位
表7 我司主要产品规格及使用单位
规格 主要使用单位 连铸圆坯 Φ380、Φ500、Φ600、Φ800mm （下一步开发Φ700、Φ900mm） 碾环厂、管厂、锻圆厂、电渣重熔厂 棒材 Φ75 ~Φ450mm 管厂、轴承厂、齿轮厂、能源产品加工厂、机械厂 钢锭 ~27吨 锻圆厂、锻件厂和碾环厂 4.我司低合金高强钢用途 我司低合金高强度结构钢主要用于锻制环形件、热轧无缝钢管、管道球形阀体以及车辆、桥梁、中低压容器等，在保证锻比≥4的条件下，探伤要求不高于相当于GB/T6402-2008标准中2级要求的各类实心、空心件的热压力加工原料。
表8 我司低合金高强钢主要客户
牌号 Q345B 规格 Φ600mm 15T八角锭 产品类别 连铸坯 钢锭 我司主要客户 杭州余杭顺通金属制品有限公司 苏州奥斯锻造有限公司 用途
低合金高强度结构钢简要
