按国际标准,把钢区分为非合金钢和合金钢两大类,非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类,钢中除了铁和碳以外,还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al,杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V,并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢。
原则上讲,合金钢分为低合金钢、中合金钢和高合金钢,顾名思义,以含有合金元素的总量来加以区分,总量低于3%称为低合金钢,5~10%为中合金钢,大于10%为高合金钢。在国内习惯上又将特殊质量的碳素钢和合金钢称为特殊钢,全国31家特钢企业专门生产这类钢,如优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、电工钢,还包括高温合金、耐蚀合金和精密合金等等。在钢的分类上,近年虽努力向国际通用标准靠拢,但还有许多不同之处。
① 随着特钢向“特”、“精”、“高”发展,向深加工方向延伸,特钢的领域越来越窄。美国特钢协会将特钢定位在工模具钢、不锈钢、电工钢、高温合金和镍合金。日本把结构钢和高强度钢归并在特钢范畴。随着中国普钢企业的技术改造和工艺进步,特钢企业的产品领域也在缩小,1999年普钢厂已生产特钢产品总量的34%。
② 国外的低合金钢,实际上是我们所熟悉的低合金高强度钢,属于特殊钢范畴,在美国叫做高强度低合金钢(HSLA—Steel),俄罗斯及东欧各国称为低合金建筑钢,日本命名为高张力钢。而在国内,首先是把低合金钢划入了普钢范围,概念上的区别导致在产品质量上的差异。在名称上也几经变化,如低合金建筑钢、普通低合金钢、低合金结构钢,至1994年叫做低合金高强度结构钢(GB/T1591—94)。到目前为止,从发表的资料文献来看,低合金钢的名称仍然随着国家、企业和作者而异。
③ 低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间,明确划出的概念是不存在的。在国外,50年代曾给低合金钢下过定义,总的意思是,凡是合金元素总量在3%以下,屈服强度在275Mpa以上,具有良好的可加工性和耐腐蚀性,以型、带、板、管等钢材形状,在热轧状态直接使用的软钢的替代品。当然,在技术发展进程中,低合金钢不论在合金含量、性能水平和交货状态,已经有了很大的变化。
在中国,低合金钢是一个更加笼统的钢类,钢材品种不仅含有低合金焊接高强度钢,还包容了低合金冲压钢、低合金耐腐蚀钢、低合金耐磨损钢、低合金低温钢、甚至还纳入了低、中碳含量的低合金建筑钢和中、高碳含量的低合金铁道轨钢。具有中国特色,但带来的一个问题是缺乏与国外统计数据的可比性。
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。
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。