低合金鋼的性能

作為結構用途，重要的是低合金高強度鋼必須具有對用戶使用來說非常經濟的特性和性能，應當比碳素結構鋼強度高、韌性好，而且在用戶采用一般的方法加工制造過程中．還必頊具有足夠的塑性、良好的成形性能和焊接性能。此外．還要具有高的耐腐蝕性能，與碳素鋼結構件相比在截面更薄的情況下．能夠有相同或更長的使用壽命。所有通用的低合金高強度鋼都具有比大多數軋制狀態或正火狀態的碳素結構鋼更高的強度．采用適當的工藝可進行焊接，并且具有與其強度水平相應的良好的成形性能。低合金高強度鋼的耐腐蝕性能取決于其化學成分，缺口韌性則取決于其化學成分和生產工藝。

(1)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系，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，對于可能出現彎曲的構件，其允許也力必須修正，以達到保證結構的堅固性。有時用低合金高強度鋼取代碳索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。

經常通過加入少量的鈮或釩、或鈦來提高鋼的強度。這些元素通過沉淀硬化很經濟地達到強化的目的。為了各種目的加入的其他合金元素也能達到強化的目的。對于熱軋薄板，嚴格控制熱軋和卷取工藝可以達到所要求的均勻的強度。對于冷軋薄板，采用特殊的退火和平整工藝從而得到更高的強度，同時還可以保持良好的成形性能。

最新的發展是采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，屈眼點一般為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。

(2)成形性能

為了容易地和經濟地進行熱或冷加工以制成工程結構的各種部件，低臺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，以及如剪切、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于碳素結構鋼成形的冷彎沖壓機、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。

(3)焊接性能

由于鋼結構在制作加工過程中經常使用焊接工藝，因此對于這類用途的低合金高強度鋼來說，能夠采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，所制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。日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。對于大型型鋼和較高碳和錳含量的牌號，需要預熱和(或)采用低氫焊條。對于某些低合金高強度鋼無論厚度是多少，都應采用低氧焊條。對最小屈服點最高達約345MPa的低合金高強度鋼進行氣體保護熔化極電弧焊，采用低碳涂藥焊條通常是合適的。對于最小屈服點高于約415MPa的鋼和當對焊縫金屬要求特殊的性能，如更高的耐腐蝕性能時，則通常需采用低合金鋼焊條。對于埋弧焊、氣體保護金屬極電弧焊和藥芯焊絲電弧焊，推薦采用與氣體保護熔化極電弧焊所建議采用的焊條一樣的充填金屬的焊條。對于汽車工業用低合金高強度鋼薄板，一般限制其碳含量不大于0.13％以得到良好的點焊性能。

(4)耐腐蝕性能

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盡可能的經濟。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涂防腐層并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涂層的效果，而且在某些情況下采取適當的預防措施甚至還可以在不涂層的狀態下暴露在大氣中使用。沒有任何一種材料同樣耐耐有可能想像到的腐蝕條件，低合金高強度鋼的耐大氣腐蝕性能隨對耐腐蝕起最大作用的合金元素的組臺和含量而改變。提高耐大氣腐蝕性能的元素是銅、磷、硅、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筑、橋梁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。有時建筑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涂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。

(5)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沖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，目前通常采用控制熱軋技術生產用于制造焊接管線鋼管的低臺金高強度鋼鋼板，這種鋼管需要符合有關標準對缺口韌性規定的要求。一些低臺金高強度鋼在正火狀態下，結合選擇的成分。在鋼板厚度最大達到75mm時其塑性-脆性轉變溫度低于-60℃。一些牌號的低合金高強度荊在用于高速公路橋梁的主要拉力構件時，必需滿足-12℃～-21℃沖擊性能的要求。