微合金化钢知识讲座二低合金钢主要品种
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第二部分低合金钢主要品种
2.1 焊接高强度钢
焊接高强度钢，又叫做可焊接低合金高强度结构钢，是低合金高强度钢钢类的主体。
它有三个基本属性：
第一，较低的碳含量，有良好的焊接性。
第二，屈服强度高于普通碳素钢，作为结构用材时，钢的屈服强度参与结构的强度设计。第三。以高强度为基础，根据用途的不同要求，具有不同的特性，如抗时效、抗冲击、抗韧性撕裂，抗缺口敏感、耐火性等等。
我国的焊接高强度钢的主要钢种牌号已纳入GB／T1591—94中，由此派生的低合金专用钢分类及标准：
锅炉用钢 BG713—86，YBG741—87
压力容器用钢 GB5681—85，GB6653—86，GB6654—86
GB6655—86，GB6479—86，GB3513
造船用钢 GB712—88
汽车用钢 GB3273—82
桥梁用钢 YB(T)60—81
自行车用钢 GB3647—83，GB3696—83
保证厚度方向性能钢 GB5313
管材用钢 GB479—86，GB8162—87
GB8163—87，YB231—70
核能用钢
舰船用钢
兵器用钢等。
焊接高强度钢的合金设计，放在第一位考虑的是钢的强度，强化机制包括固溶强化、析出强化、细晶强化、位错及亚结构强化、以及相变的组织强化。此5种强化机制的组合，可以生产出屈服强度由295MPa～880Mpa不同级别的焊接高强度钢，以及不同强度和韧性匹配的强韧钢等级。
焊接性是焊接高强度钢的基本属性，要求在一定的焊接条件下，容易得到优良的焊缝及热影响区，具有与母材相当的力学性能和加工工艺性能。钢的化学成分对焊接性的影响从表2
可见。提高焊接性能的有效措施是降低碳含量、降低P、S含量，选用适宜的合金元素。
评价焊接高强度钢的焊接性的基本方法，通常采用焊接碳当量Ceq，
和焊接裂纹敏感性指数Pcm，
计算。
焊接高强度钢的生产
①普通质量级（A、B级）和优质级（C级）采用传统工艺流程，由氧气转炉冶炼、连铸坯、常规轧制生产。
表2 钢的化学成分对焊接性能影响
注：（1）游离B，（2）氧化物，（3）Al2O3，（4）AlN，（5）TiN，（6）BN，（7）氧化物
O：很有利，√：有利，●：很有害，×：有害。
②屈服强度在490Mpa以下的特殊质量级（D级和E级）采用优化流程生产，铁水预处理—氧气转炉冶炼—炉外精炼—连铸—控制轧制+控制冷却。
③屈服强度在490Mpa以上，特殊质量级（D级和E级）冶炼工艺保证高洁净度，轧后选用某种热处理制度。
部分国内外焊接高强度钢牌号对照见表3
表3 焊接高强度钢国内外牌号对照
2.2 合金冲压钢
在低合金高强度钢中有一类具有良好的冲压成形性能的钢，见表4，叫做低合金冲压钢，常以热轧状态用于家电轻工行业，以冷轧（及表面涂镀）状态用于汽车工业。
这类钢多数为薄钢板，除了有一定的强度和焊接性以外，突出的是具备一定的成形性能。所谓成形性是指薄板经冲压不起皱、不破裂、不回弹的能力。在实际生产中以冲成率或冲废率来衡量，而在理论上则以美国人G·Lumer教授提出的成形极限图来评价，主要的考核性能指数有：
①塑性应变比γ值：将金属薄板试样拉伸到产生均匀塑性形变时，在试样标距之内宽度与厚度方向的真实应变之比：
式中b0、b1、t0、t1分别为变形前后试板的宽度和厚度。
钢板平面的各向异性用?γ计算。式中γ0、γ90、γ45分别表示不同方向的γ值。
?γ大小反映冲压时“凸耳”的大小，希望?γ越小越好。
②应变硬化指数n值：反映材料形变强化能力，在实际成形过程中，表示板材变形后加工硬化的程度，n值越大，成形操作很难继续进行，变形从难变形区域转移到未变形或变形小的区域中去。n值大小取决于钢质的洁净度和组织的粗细状况。
对冲压钢经常衡量的参数还有：钢的屈强比（屈服强度／抗拉强度），应变速率的敏感系数m值，综合成形参数F值等。
热轧冲压钢板
典型的用途是汽车大梁和滚型车轮，还用于汽车的前后保险杠、发动机悬置梁和传动轴管。有一般冲压型的铁素体一珠光体组织的钢板和优良加工性的铁素体—马氏体组织的双相强化型钢板。在强化机制方面，前者最大程度利用铁素体中Nb的析出强化作用，后者可以采用普通的热轧工艺生产（Mn-Si-Cr-Mo钢），也可以采用控制轧制和低温卷取的方式生产（Si-Mn-Cr钢）。国内常用的汽车大梁钢见表4。
表4 国内常用的汽车大梁用钢
滚型车轮钢包括轮辋用钢和轮辐用钢，耐疲劳是这类钢的重要性能要求，此外，还有钢板的尺寸精度和表面质量，是目前国内外同类产品差距的主要方面。国内的宝钢、鞍钢和武钢开发了一些车轮用钢如BLF—1，BLF—2，RCL—330，RCL—370和CL330等，国外开发的车轮用钢用铁素体一贝氏体，析出强化和三相钢3种类型。
冷轧冲压薄板
要求具有良好的深冲性能、抗凹陷性、高弹性模量和抗疲劳性能，要求钢的强度一延性的良好匹配，但正如大家知道的那样，随着钢的强度级别提高，钢板的回弹性增加，冲压性能会有所降低。因此，合金设计，晶粒细化强化是主要可采取的方案。相变强化也是值得采取的。冷轧冲压用钢有3种基本类型：
①铝镇静钢
②含P高强度钢
③高强度无间隙原子（IF）钢，具有超深冲特性与添加P、Mn、Si等元素的固溶强化机制的结合。
这3个类型代表了第二代和第三代冲压用钢的2个塑性应变比的级别 =1.4-1.8，1.8-2.8。尤其是IF钢的生产，原理上利用了Nb—Ti复合微合金化，形成碳氮化物固定了钢中的残留的C和N，应用上具有极好的深冲性。国内代表性的冷轧高强度冲压钢见表5。
表5 国内代表性的冷轧高强度冲压钢
2.3 低合金耐腐蚀钢
钢铁材料在自然界或在工作条件下，无时无刻不同程度地受着周围环境中的某些物质的侵害，这种侵害可能是化学的，电化学的，也可能的物理作用引起的。但主要是电化学腐蚀的形式。
什么是电化学腐蚀？从宏观上看，由两种不同电位的材料，构成腐蚀的阳极和阴极对时，在周围电解质的作用下，电位高的阳极成为牺牲者，而电位相对较低的阴极得到了保护。从微观上看，两种不同组织之间，基本相与钢中夹杂物、沉淀相之间，也构成了这样阳极～阴极的“微电池”，一方被溶解，另一方受保护，甚至材料表面上存在的划痕等各种缺陷所构成的不均匀，也会造成腐蚀。这是最简单的材料腐蚀的道理。
工业上常用金属材料的耐腐蚀性分为6类共10级，低合金高强度钢属于耐腐蚀性评价标准的耐蚀性分类的V类的8—10级。而我们称之为低合金耐腐蚀钢的低合金钢，耐腐蚀性优于普通碳素钢，划为耐蚀性分类的Ⅲ—Ⅳ类4—7级，包括耐大气腐蚀钢和耐海水腐蚀钢。
①低合金耐大气钢蚀钢
大气的主要成分为氮、氧、氩、水汽和二氧化碳，还含有二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氨及盐雾，对材料腐蚀影响最大的是氧和水汽，空气中的盐雾加速材料的腐蚀。在干燥的大气中，属于常温化学腐蚀，氧化速度较低；在潮湿的大气里，属电化学腐蚀，大气中的湿度越大、材料表面吸附的水膜越厚，腐蚀速度加快。
耐大气腐蚀钢的开发在20世纪初，最初发现的是铜和磷对钢的耐蚀性的显著效果，以后就出现了著名的Corten钢和世界各国的耐大气腐蚀钢，也叫做耐候钢。
我国的耐大气腐蚀钢研制从60年代开始，自1965年至1979年有19种含Cu及P、RE、Ti 的低合金钢在风沙干燥、工业大气，潮湿都市，农村等10个不同的环境下进行长达15年的大气曝露试验，取得了宝贵的第一手数据，于1984年制订了我国耐大气腐蚀钢标准
（GB4171—84及GB4172—84），纳入了高耐候性的3个牌号：090CuPCrNi—A、09CuPCrNi—B、09CuP和焊接结构用耐候钢的4个牌号：16CuCr、1MnCuCr、15MnCuCr、及15MnCuCr—QT。各类钢的耐大气腐蚀性能的比较见表6。
表6 各类低合金钢的耐大气腐蚀性
②低合金耐海水腐蚀钢
人类社会的发展与海洋的开发是分不开的，海洋开发用材料的主体还是钢铁材料，采用数量最大的是低合金钢。
世界上最初出现的耐海水腐蚀低合金钢在40年代的美国，称为“Mariner”。
海洋结构物的腐蚀包括海洋大气、飞溅、全浸、潮差和海底土壤等5个不同腐蚀特点的部位，除海洋大气外，统称为海水腐蚀。
我国从1965年起对16个耐海水腐蚀钢在东海、南海和北海3个海域进行为期10年的试验评估，在海水中Cr—Mo—Al钢和Cr—Mo—Al—RE钢具有良好的全浸耐蚀性。
国内生产的低合金耐海水腐蚀钢基本上是引进了国外成熟的钢种牌号，有：
美国 Mariner Cu—P—Ni
日本 Mariloy Cr—Cu—Mo
法国 APS Cr—Al
2.4 低合金耐磨损钢
两种材料表面接触、又有相对滑动时，材料表面就有损伤和耗蚀，例如铁道的车轮与钢轨，电动轮翻斗车箱与装载物，挖掘机的铲斗与岩体，水电站的高压水管与含泥沙水流，农机的犁铧与土壤等等情况，钢材经长时，反复的磨蚀，最终导致破损或失效。
这种磨损每年使全世界的钢材丧失达2000万吨以上，所以各国都十分重视低合金耐磨损钢的开发。钢材的磨损有4种基本类型：
粘着磨损
磨料磨损
疲劳磨损
侵蚀磨损
低合金钢耐磨损钢的开发，有几个共同的技术要求：
①采用固溶强化的合金元素，得到强化的基体组织。
②形成高硬度的碳化物。
③采取多元素复合微合金化。
④从增加碳化物的数量，硬度和颗粒尺寸3个方面综合提高材料的抗磨能力。
⑤要求组织稳定，表面光洁和内部无缺陷，避免钢材“自耗”。
经济建设中使用量大面广的低合金耐磨损钢，年产量约在100万吨左右。
常用的低合金耐磨损钢有：
履带板用钢
推土机刀刃用钢
挖掘机铲齿用钢
犁铧用型材
耐磨钢轨
矿用液压支架和矿柱用钢
槽邦钢，等等。
耐磨高硬度钢是特殊的一个品种，基本成分为Cr—Ni—Mo—V，在淬火和回火状态下使用，要求硬度在HB235—500，相应的抗拉强度为785—1570MPa。热处理制度的优化是十分重要的，以确保满足技术条件的显微组织和微观精细结构。
低合金耐磨损钢与焊接高强度钢有很大不同的一面，钢的碳含量有低、中、高之分。钢材的品种繁多，有板、管、型、丝等产品，以型材为主。板材生产又依硬度等级及合金化程度不同须采取不同的工艺流程，分3种类型：
板、管、型材
铁水预处理—转炉冶炼—炉外精炼—连铸—轧制—热处理。
丝、绳
热轧线材—酸洗—拉丝—制绳
铸件
废钢感应炉冶炼—造型—精整—热处理
水电站高压水管用钢是真正意义上的低合金耐磨损钢，属于低碳、可焊接钢，常用的钢种牌号为：
中国 14MnMoVN、 14MnMoMnB
美国 ASTMA517—F、A537—A
日本 SM58Q
德国 N—A—X TRA70
2.5 低合金耐低温钢
在0℃或－10℃以下使用的钢，称为低温钢，从学科角度，将低温钢分铁素体低温钢和奥氏体低温钢，或分为一般低温用钢和超低温用钢。低合金耐低温钢属于铁素体低温钢。
对于低温条件下使用的低合金耐低温钢，必须满足几个基本要求：
组织稳定，不发生组织变化
良好的焊接性和加工性
工作温度要高于钢的韧—脆性转变温度
对于某些特殊的工作条件，还要求恒弹性、恒膨胀和恒磁导率等。
一般碳素钢的安全使用温度在－45℃以上，纯净度较高的铝镇静钢的韧—脆性转变温度在－55℃—－60℃，所以这类钢仅用于环境温度不低于－40℃的钢结构，在石油化工领域用于制造液化乙烷（～－10℃）和液化丙烷（－45℃）的设备。
低合金钢的韧脆转变温度在－40℃～－80℃之间，不推荐作为低温结构用材，但有一类低合金钢，自60年代后由我国自行研制的钢种，常用来作中、低压容器和储罐，已取得很好的经验。
09Mn2V钢适用于－70℃
09MmTiCuRE钢适用于－70℃
06MnNb钢适用于－90℃
06AlNbCuN钢适用于－120℃
另一类含镍低合金钢，国内外成功用于低温容器的制造，如：
2.5%Ni钢，正火状态，用于液化丙烯(－47.7℃)设备。
3.5%Ni钢，正火状态，用于液化乙烷(－88.3℃)设备。
调质状态，用于液化乙烯(－104℃)设备。
5.0%Ni钢，调质状态，用于液化乙烯(－104℃)设备。
9.0%Ni钢，调质状态，液化天然气(－162℃)和液氮(－196℃)设备。
钢铁材料，尤其是铁素体低温钢，温度降至某个临界点或某个区域，就会出现韧性的明显或突然的降低，因此这类钢不宜在这个转变区间，更不能在此温度下使用，这个温度称之为钢的韧一脆性转变温度，由夏氏V型缺口冲击试验或缺口落锤试验来判定。无限航区船舶用钢常以零塑性转变温度（NOT）为判据，而油气输送管线钢通常以剪切面积85%的 FATT作为韧一脆性转变界线，压力容器用钢使用的是以50%FATT（Trs）为判据。
2.6 低合金建筑钢筋
建筑用钢是一个用途十分广泛的钢材品种的总称，包括混凝土结构用钢线材，高层钢结构用板材和型材，轻型结构用各类型材和管材，公用设施，厂房用薄板和涂镀板，门窗、管道、暖气、五金器材以及建筑用辅助材料如钢支撑，模板、护拦、钢桩等等，其消耗的钢材占钢材年消费总最的50%，所以建筑业是一个庞大的产业，建筑用钢也并非是低技术含量的低附加值的钢材品种。
我国城镇和农村的住宅建设规模及其宏大，平均年兴建住宅达10亿m2，旧房改造最也在6亿m2，混凝土结构用钢筋，盘园、钢丝和钢绞线的年需量在2400万吨，加上公路、隧道、提坝、矿山、码头、机场和钢筋消费在3000万吨以上。
混凝土结构用建筑钢材有：热轧钢筋，冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝、冷变形钢筋，碳素钢丝和钢绞线，从我国的国情出发，基本建设的规模很大，还是以长条材为主体，近年来的主要变化：
①目前20MnSiⅡ级钢筋占钢筋总产量的90%以上，
②钢筋质量得到普遍提高，已制订了钢筋钢的新标准的建筑设计、施工的新规范，大力推广应用400MpaⅢ级钢筋
③重点发展高强度低松弛钢绞线
④逐步淘汰冷拉钢筋和低碳冷拔钢丝两个品种，作为过渡，推荐生产冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋。
⑤热处理钢筋和精轧螺纹钢筋基本上已达到国外同类产品水平。
在建筑钢筋的生产工艺技术方面：
对于非焊接钢筋，钢的碳含量控制在0.35%以下，通常添加0.02—0.05%Nb进行微合金化，采用高温加热技术，使Nb充分溶解，“可溶Nb”保证了终轧时有更多的NbC析出，这类钢的主要强化机制是沉淀硬化。
对于可焊接钢筋，在较低的碳含量下，有两类成功的经验，Nb微合金化和V—N微合金化，都可取得较好的综合性能。许多企业的生产实践表明，微合金化钢筋无应变时效倾向。
对于高级别或大规格钢筋，经常采用的先进工艺技术：
①韧芯回火工艺（Tempcore processes），
②轮缘回火工艺（Temprimar）
前者为连续淬火回火的方式，后者为多次淬火回火的方式，二者都必须控制终轧温度，是取得细晶粒和平衡温度的先决条件，为保证表面均匀的热传导系数，冷却强度必须高于50000W ／m2·K；冷却要对称的平稳，避免产生偏心分布。
新一代的混凝土结构钢筋，有抗震和耐火的要求。抗震性：地震时钢筋受到反复拉压的强力作用并产生应变。地震作用下，建筑层间的位移角可达到1/650~800。所以，要求具有对地震能量的吸收潜力，往往以钢筋所受的最大应力，最大应变和时间的乘积，σmax·εmax·t来反映这个潜力，通常对钢筋提出了高应变低周疲劳性能、应变时效敏感性、冷脆转变温度，可焊接性的要求以及强度一塑性配合。
耐火性：突发火灾对建筑具有灾难性，要求钢材的耐火性比普通钢材胜一筹。钢材在热循环下：
屈服强度降低，
颈缩后受拉杆件的断面削弱，
框架几何变形的影响，
杆件变形的影响。
说到底，是钢的高温屈服强度的问题，一般认为200℃以上钢的弹性模量明显下降，300℃以上钢的屈服强度开始下降。为了防止火灾给钢结构造成破坏，提高钢材自身耐火性，远比采用防火涂料和防火屏蔽要省工省料、增加有效使用面积、减少环境污染。
对耐火钢的制定标准σS600℃,1~3h＞2/3σSRT
2.7 低合金钢轨钢
钢轨是铁路轨道的主要部件，是冶金产品中一个专用钢材品种，钢轨承受列车的重量和动载，受力复杂，轨面磨耗，轨头受冲击，还要受较大的弯曲应力，主要的损伤形式有：磨损主要是上股侧磨和下股压溃，屈服强度不足引起的波浪磨耗以及韧塑性低导致的脆断、剥落、掉
块、轨头劈裂、焊缝裂纹等。所以对钢轨钢的基本要求包括：耐磨性、抗压溃性、抗脆断性、抗疲劳和良好的焊接性。
按强度等级划分：
标准钢轨抗拉强度685～835Mpa
耐磨钢轨抗拉强度880～1030Mpa
特级钢轨抗拉强度1082～1225Mpa
抗拉强度＞1400Mpa的钢轨在研制中。
20世纪初采用的是50Kg／m轨，现在国际标准轨为60Kg／m，美国重轨为77Kg／m，俄国和东欧各国为75Kg／m轨。
铁路运输和铁道建设在我国国民经济中占有重要的地位，今后5年将投资2500亿元，计划新增铁路9000余公里，其中新铺线路5340Km，复线2580Km，建设地方铁路1000Km，对钢轨的需求预计2000—2001年为120万吨／年，2002年约100万吨／年，西部大开发将进一步推动铁路建设的加速进展。
提高钢轨强度和综合性能的途径：
①热处理强化
在碳素钢或C-Mn钢轨基础上采用在线余热淬火，离线的淬火回火处理或欠速淬火工艺。80年代发展起来的在线热处理方式，也叫做全长淬火工艺，节能省工、投资少、生产周期短。
②在0.7—0.75%C钢中添加Cr、Mn、Mo、Nb等合金元素，获得980～1250Mpa抗拉强度，如表7所见，具有特色的是美国的Cr—Mo—V轨和巴西的Si—Nb轨。
比较两种强化方法，热处理轨表面耐磨，但内部较差，耐蚀性不能改善。合金化轨里外质量一致，可以考虑改善耐蚀性。
目前国内执行GB2585—81标准，主要的钢种牌号有C—Mn钢的U71Mn轨和微合金化的PD3轨和NbRE轨，见表8。
我国铁路建设，在“六五”和“八五”期间，以解决运输能力制约国民经济发展“瓶颈”问题，主攻“重载”，在现有设施基础上扩大编组。从“九五”起，提速和高速已成为铁路科技进步的主要体现。通过改造既有轨道结构和研制新型机车车辆，使客车运行速度提高到160Km／h，所谓“高速”，指建成200Km／h以上的专线客运列车的运行速度。对“重载”列车的钢轨要求耐磨损，抗疲劳。对“高速”列车的钢轨则要求无缺陷，平直度。
表7 合金钢轨的代表化学成分
表8常用钢轨钢的基本成分(%)
低合金高强度结构钢GB/T 1591-2008 一，范围 本标准规定了低合金高强度结构钢的牌号、尺寸、外形、重量及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证明书。 二，规范引用文件 GB/T 222 钢的成品化学成分允许偏差 GB/T 223.5 钢铁酸溶硅和全硅含量的测定还原性硅酸盐分 分光光度法 GB/T 223.9 钢铁及合金铝含量的测定铬天青S分光光度法 GB/T 223.12钢铁及合金化学分析方法碳酸钠分离-二笨碳酰 二肼光度法测铬含量 GB/T 223.14钢铁及合金化学分析方法钽试剂萃取光度法测定钒含量 GB/T 223.16钢铁及合金化学分析方法变色酸光度法测钛含量GB/T 223.19钢铁及合金化学分析方法新亚铜灵三氯甲烷萃取光度法测定铜含量 GB/T 223.23钢铁及合金镍含量的测定丁二酮肟分光光度法 GB/T 223.26 钢铁及合金钼含量的测定硫氰酸盐分光光度法GB/T 223.37钢铁及合金化学分析方法蒸馏分离腚酚蓝光度法测定氮含量 GB/T 223.40 钢铁及合金铌含量的测定氯磺酚S分光光度法
GB/T 223.62钢铁及合金化学分析方法乙酸丁酯萃取光度法测定磷含量 GB/T 223.63钢铁及合金化学分析方法高锰酸钾光度法测锰量GB/T 223.67 钢铁及合金硫含量的测定次甲基蓝分光光度法GB/T 223.69 钢铁及合金碳含量的测定管式炉燃烧气体容量法GB/T 223.78钢铁及合金化学分析方法姜黄素直接光度法测定硼含量 GB/T 228 金属材料室温拉伸试验方法(ISO 6892) GB/T 229 金属材料夏比摆锤冲击试验方法验方法(ISO 148) GB/T 232 金属材料弯曲试验方法(ISO 7438) GB/T 247 钢板和钢带包装、标志、质量证明书的一般规定GB/T 2101 型钢验收包装、标志、质量证明书的一般规定GB/T 2975 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样的制备(ISO 377) GB/T 4336 碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析法GB/T 5313 厚度方向性能钢板(ISO 7778) GB/T 17505 钢及钢产品交货一般技术要求(ISO 404) GB/T 20066 钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法(ISO 14284) GB/T 20125低合金钢多元素的测定(ISO 7778)电感耦合等离子体原子发射光谱法 YB/T 冶金技术标准的数值修约与检测数据的判定原则
常用镀种简介：电子电镀 内容： 一、电子电镀 1、 PCB电镀简况 2000年我国PCB产值为36.35亿美元，占全球PCB产值的8.7%，居世界第4位。在我国的PCB产值中，广东占83.5%。因此，广东地区PCB电镀是一个极大的产业。 据不完全统计，广东PCB厂家仅磷铜一种原料，年消耗量达10000吨左右。大型PCB企业年消耗磷铜400-600吨，中型企业200-300吨。广东地区一年需要PCB酸铜光亮剂达1000多吨。仅磷铜和酸铜光亮剂年销售产值达到4-5亿元。 PCB生产中涉及的表面处理工艺有脱脂、去孔内壁沾污、活化处理、化学镀铜、直接电镀工艺、电镀铅锡合金、铜箔蚀刻、化学镀镍、金工艺等。因此需要大量的电镀特殊化学品和普通的化学原材料，全部加起来达几十亿元人民币。 目前PCB行业使用的特殊化学品90%以上为国际大公司如著名的美国公司MacDermind，Shipley LeaRonal原德国公司Schering, schlotter等所垄断，（现LeaRona为Shipley所兼并，Schering合并于Atotech,MacDermind兼并了英国Canning）。国内仅少数几家研究所和电镀添加剂生产商的产品进入为数不多的小型PCB企业。一方面是因为PCB生产对所有原材料的要求十分严格，另一方面是因为PCB的生产环节多，价值昂贵，出现质量问题后经济责任重大。因此国内从事表面处理的研究所和电镀添加剂生产企业只有加大投入，引进专业高技术人才，添置专用仪器设备研究开发，才有可能进入PCB这个市场潜力巨大的行业。 1.1 传统的PCB的电镀 印制线路板（指双面和多层）能形成工业规模生产，是得益于PCK 公司在1963年专利发表的化学镀铜配方和Shipley公司于是1961年专利发表的胶体钯配方。它们是使通孔镀得以成为自动线运行的基础，也是后来被广泛接受的制作PCB的基础工艺。 进入90年代以来，传统的以化学镀铜为主体的孔化（PTH）工艺受到多方面的压力和挑战。 下面是传统的制作PCB的流程:《缺》 化学镀Cu溶液共同特点是：（1）都含有络合剂或螯合剂，如酒石酸钾钠，EDTA以及EDTP；（2）化学镀Cu的还原剂都采用甲醛；而稳定剂又以氰化物为多。 络合剂EDTA或EDTP的存在给废水处理带来极大的困难，甲醛是众所周知的致癌物，传统的化学镀铜的另一缺点是：副反应使化学镀铜槽液维护和管理困难，从而导致化学镀铜质量问题。 化学镀铜的成本往往由于未充分利用而相差很大。一个不连续生产的槽液的成本比一个连续生产的槽液高几倍。因此，化学镀铜工艺一直是困扰PCB制造者的问题。
特殊性能低合金高强度钢
特殊性能低合金高强度钢 摘要：特殊钢属于工程构件用钢，它是具有特殊的化学成分、采用特殊工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。是国民经济各部门不可缺少的重要基础材料。 特殊钢的产量、质量和品种反映出一个国家工业化和科学技术发展的水平，是一个国家工业化水平的重要标志之一。随着知识经济和高技术产业的迅猛发展，对特殊钢提出高性能、多样化、低成本、节约能源，并符合环保和可持续发展的要求。本文主要介绍工程结构用特殊钢。 分类 一、耐候钢 定义： 以保证力学性能为主适当提高耐大气腐蚀性能以延长钢结构件使用寿命的一类刚。分为焊接结构用耐候钢和高耐候钢两类。 耐候钢是在钢中加入少量的合金元素，如Cu、Cr、P、Ni等，使其在金属基体表面上形成保护层，以提高钢材的耐候性能。为了改善钢的性能，可以加入一种或多种微量合金元素，但添加量应当要符合国际标准。 应用： 目前对焊接性要求不高的轻型结构件多采用较便宜的P-Cu系耐候钢。对于韧性和焊接性要求较高额结构件则采用Cr-Cu系耐候钢。 高强度钢主要用在车辆、桥梁、房屋、集装箱等结构的制造中，既满足了高腐蚀性又满足了好的成型性能和焊接性能。例如：我国开发研制的08CuPVRE 耐候钢已经批量用于铁路车辆制造和一些近海设施。 工艺要求 从消除夹杂物的有害影响和改善腐蚀性能两个角度入手，确定加入合金元素的量。 过高的稀土量没有什么意义，要选择合适的稀土含量。 双相区淬火可以得到较高的强韧性配合以及良好的成形性和焊接性。 加工变形可以影响耐候钢热处理时的组织变化。 二、表面处理钢材 定义： 钢材表面镀涂耐蚀合金或有机材料，既经济又显著提高其耐蚀能力。 因为刚的腐蚀都是从表面开始，整体合金化加入的合金元素，90%没有发挥作用，反而增加了成本，有时候还降低了性能，所以采用表面处理钢材。 分类 镀锌板 热镀锌板的平均耐蚀寿命为5~10年。 家电行业镀锌板镀层厚、耐蚀性能好、冲压性能高、生产成本低；采用了深冲电镀锌钢板或进口的深冲小锌花热镀锌板和合金化热镀锌板制作。 汽车用镀层板
普通低合金结构钢 普通低合金结构钢 随着工业交通和科学技术的发展，普通碳素钢已不能满足重要工程结构和新型机器设 备的需要。近40多年来普通低合金钢得到迅速的发展。这类钢合金元素较低，其屈服极 限比碳素钢高25％至100％以上，时效倾向小，并具有良好的焊接性和耐蚀性。这类钢一 般是在热轧和正火下使用，生产过程简单，成本低廉，适宜于大生产，因此广泛用于制造 桥梁、船舶、车辆、工业和民用建筑、管道、起重运输机械等。使用普通低合金钢代替普 通碳素钢可以节省钢材20％～30％以上，减轻运输机械的自重，增加有效载重，可以使一些机械的结构得到改善，并能增加使用寿命。 一、对普通低合金结构钢的性能要求 对一般用途的普通低合金结构钢，主要有一下要求： （一）良好的综合力学性能 采用普通低合金结构钢的主要目的是减轻金属结构的重量，提高其可靠性，因此首先 要求钢材具有较高的屈服强度，但由于其工作条件的复杂性，钢材还应具有良好的综合性能。例如船舶在航行时承受较大的静载荷，海浪冲击及风力反复作用而产生的交变疲劳载荷，有的还在北方寒冷低温海域行驶。在制造过程中钢材还经受剪切、冷弯、焊接等加工 工序以及由此可能产生的时效脆性。普通低合金钢的缺口冲击韧性在室温下往往出现大幅 度的下将和上下波动，此时钢已经从韧性状态转化为脆性状态，也就是钢的“脆性转化温度”已经升高到室温附近所致。造成脆性转化温度上升的主要原因是钢的冶金质量和金相 组织，后者包括晶粒大小、相的形态和第二相的沉淀等。因此对于普通低合金钢不仅要求 具有一定的冲击韧性，而且更为重要的是要求具有尽可能低的脆性转化温度，以防止钢的 脆性断裂。譬如在我国常以－40℃为脆性转化温度的检验标准。对于特殊低温设备或结构，则提出更低的温度指标。 除去上述的常温、低温冲击韧性以及脆性转化温度以外，还有另一项涉及冲击韧性检 验的问题，即钢的“时效敏感性“。普通低合金钢材经常承受冷加工，经冷加工以后在较 长的使用时期或存放时期内，钢材会逐渐变脆，冲击韧性大幅度下降，这就是应变时效现象，也称为时效脆化。应变时效脆化程度的大小是用”时效敏感性“来表示的。时效敏感 性的测量方法及定义是：将预先拉伸10％的板状试样，在250℃温度下经过1小时人工时效，然后制成冲击试样，测出室温冲击韧性，再与原材料的冲击韧性比较，其差值与原材 料冲击韧性值的百分比就是该材料时效敏感性。一般要求比值不得大于50％，同时应变时效后的冲击值应不小于30～35J。 普通低合金结构钢按屈服强度分为Q295AB、Q345CDE、Q390ABCDE、Q420ABCDE、 Q460ABCDE。A级不要求冲击，B级室温冲击，C级0℃冲击，D级－20℃冲击，E级－40℃ 冲击。桥梁用钢分为Q235qCD、Q345qCDE、Q370qCDE、Q420qCDE。C级0℃冲击，D级－20℃
镀铬有两种的，一种是装饰铬，一种是硬铬。 镀硬铬是比较好的一种增加表面硬度的方法，但是它的优缺点很多，所以好多情况下都没采用。 优点一，表面光洁度好，优点二，不会生锈，一点锈斑都不会有；三，镀的过程中原零件变形小。四，如果零件尺寸不到位，可以通过加几丝铬来达到尺寸。优点五，表面比较美观等等 缺点一，价格高，不光镀的费用高，而且镀后还要再加工。缺点二，不适合表面比较复杂的零件，缺点三，厚度太薄，一般只有0。05-0。15mm左右，缺点四，对零件表面的光洁度要求比较高等等 镀硬铬一般采用比较多的是常在高温条件下使用的机械，如：模具等 镀装饰铬顾名思义，主要目的就是为了表面光亮、外形美观、防锈等等。 根据其目的来判断要镀那种铬 下面说说应用： 镀铬层的分类及应用 （一）防护–装饰性镀铬层 俗称装饰铬或光亮铬，是在光亮的中间层表面上镀覆的薄层铬（0.25—0.5μn），与防护性底层一起构成防护–装饰性镀铬层。广泛用可汽车、自行车、家用电器、日用五金制品、仪器仪表等行业。经过抛光的镀铬层具有很高的反射系数，可用来制作反光镜。 （二）硬铬镀层 亦称耐磨铬镀层，具有极高的硬度和耐磨性，镀覆在工件表面可提高其耐磨性，延长使用寿命，如工、模、量、卡具和一些轴类、切削刀具等常镀硬铬。硬铬镀层还常用来修复被磨损零件的公差尺寸。 （三）乳白铬镀层镀铬层呈乳白色无光泽，镀层韧性好，孔隙少，裂纹少，色泽柔和，消光性能好，但硬度较低，常用于量具和仪器面板等镀铬。在乳白铬镀层表面再镀覆硬铬镀层称为双层铬镀层。它兼有乳白镀铬层和硬铬镀层的特点，多用于镀覆既要求耐磨又要求耐磨蚀的零部件。 （四）松孔铬镀层 在硬铬镀层的基础上，用化学或电化学方法将镀铬层的裂纹进一步加宽加深，以便贮存润滑油脂，提高工件表面抗摩擦和磨损的能力。常用于承受重压的滑动摩擦表面的镀覆，如内燃机汽缸筒内腔、活塞环等。 （五）黑铬镀层 亦称耐磨铬镀层，具有极高的硬度和耐磨性，镀覆在工件表面可提高其耐磨性，延长使用寿命，如工、模、量、卡具和一些轴类、切削刀具等常镀硬铬。硬铬镀层还常用来修复被磨损零件的公差尺寸。
碳钢 主要指力学性能取决于钢中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的钢，有时也称为普碳钢或碳素钢。 碳钢也叫碳素钢，指含炭量WC小于2%的铁碳合金。 碳钢除含碳外一般还含有少量的硅、锰、硫、磷。 按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类，碳素结构钢又分为建筑结构钢和机器制造结构钢两种； 按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢； 按脱氧方法可分为沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（b）和特殊镇静钢（T Z）； 按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（WC ≤ 0.25%）,中碳钢（WC0.25%—0.6%）和高碳钢（WC>0.6%）； 按磷、硫含量可以把碳素钢分为普通碳素钢（含磷、硫较高）、优质碳素钢（含磷、硫较低）和高级优质钢（含磷、硫更低）和特级优质钢。 一般碳钢中含碳量较高则硬度越大，强度也越高，但塑性较低。 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。随着我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。
低合金钢分类 文章来源：钢铁E站通低合金钢分类 根据国家标准GB/T 13304《钢分类》第二部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”，低合金钢分类如下。 低合金钢按主要质量等级分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢三类： (1)普通质量低合金钢 普通质量低合金钢是指不规定生产过程中需要特别控制质量要求的供作一般用途的低合金钢。应同时满足下列条件： 1)合金含量较低(符合对低合金钢的合金元素规定含量界限值的规定)； 2)不规定热处理(退火、正火、消除应力及软化处理不作为热处理对待)； 3)如产品标准或技术条件中有规定，其特性值应符合下列条件： 硫或磷含量最高值：≥%； 抗拉强度最低值：≤690MPa； 屈服点或屈服强度最低值：≤360MPa； 伸长率最低值：≤26％； 弯心直径最低值：≥2×试样厚度； 冲击功最低值(20C，V型纵向标准试样)：≤27J。 注：①力学性能的规定值指厚度为3～16mm钢材的纵向或横向试样测定的性能。 ②抗拉强度、屈服点或屈服强度特性值只适用于可焊接的低合金高强度结构钢。 4)未规定其他质量要求。 普通质量低合金钢主要包括： ①一般用途低合金结构钢，规定的屈服强度不大于360MPa，如GB/T 1591规定的 Q295A、Q345A；
②低合金钢筋钢，如GB 1499规定的20MnSi、20MnTi、20MnSiV、25MnSi、 20MnNbb； ③铁道用一般低合金钢．如GB 11264规定的低合金轻轨钢45SiMnP、50SiMnP； ④矿用一般低合金钢，如GB/T 3414规定的M510、M540、M565热轧钢。 (2)优质低合金钢 优质低合金钢是指除普通质量低合金钢和特殊质量低合金钢以外的低合金钢，在生产过程中需要特别控制质量(例如降低硫、磷含量，控制晶粒度，改善表面质量，增加工艺控制等)，以达到比普通质量低合金钢特殊的质量要求(例如良好的抗脆断性能、良好的冷成形性能等)，但这种钢的生产控制和质量要求，不如特殊质量低合金钢严格。 优质低合金钢主要包括： ①可焊接的高强度结构钢，规定的屈服强度大于360MPa而小于420MPa的一般用途低合金结构钢，如GB/T 1591规定的Q295B、Q345B、Q345C、Q345D、Q345E、 Q390A、Q390B、Q390C，Q390D、Q390E； ②锅炉和压力容器用低合金钢，如GB 713规定的16Mng、12Mng、15MnVg； YB/T5139规定的16MnR；GB 6653规定的HP295、HP325、HP345、HP365；GB 6654规定的16MnR、15MnVR、15MnVNR；GB 6479规定的16Mn、15MnV； ③造船用低合金钢，如GB 712规定的AH36、DH36、EH36； ④汽车用低合金钢，如GB/T3273规定的09MnREL、06TiL、08TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL： ⑤桥梁用低合金钢，如YB 168规定的12Mnq、12MnVq、16Mnq、15MnVq、 15MnVNq，YB(T)10规定的16Mnq、16MnCuq、15MnVq、15MnVNq； ⑥自行车用低合金钢，如YB/T 5064、YB/T 5066、YB/T 5067、YB/T 5068规定的 12Mn、15Mn、19Mn；
钢材的种类 炼钢炉炼出的钢水被铸成钢坯，钢锭或钢坯经压力加工成钢材（钢铁产品）。钢材种类很多，一般可分为型、板、管和丝四大类。 1、型钢类 型钢品种很多，是一种具有一定截面形状和尺寸的实心长条钢材。按其断面形状不同又分简单和复杂断面两种。前者包括圆钢、方钢、扁钢、六角钢和角钢；后者包括钢轨、工字钢、槽钢、窗框钢和异型钢等。直径在 6.5 -9.0mm 的小圆钢称线材。 2、钢板类 是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。按厚度不同分薄板（厚度 < 4mm ）、中板（厚度 4 -25mm ）和厚板（厚度 > 25mm ）三种。钢带包括在钢板类内。 3、钢管类 钢管类是一种中空截面的长条钢材。按其截面形状不同可分圆管、方形管、六角形管和各种异形截面钢管。按加工工艺不同又可分无缝钢管和焊管钢管两大类。 4、钢丝类 钢丝是线材的再一次冷加工产品。按形状不同分圆钢丝、扁形钢丝和三角形钢丝等。钢丝除直接使用外，还用于生产钢丝绳、钢纹线和其他制品。 按外形可分为线材、型材、板材、管材、金属制品五大类。 线材：普线高线螺纹钢 型材：工字钢槽钢角钢方钢重轨高工钢 H 型钢圆钢不等边角钢扁钢轻轨齿轮钢 六角钢耐热钢棒合结圆钢合工圆钢方管碳工钢轴承钢碳结圆钢不锈圆钢轴承圆钢矩型管弹簧钢 板材：中厚板容器板中板碳结板锅炉板低合金板花纹板冷板热板冷卷板热卷板镀锌板电镀锌板电镀锌卷锰板不锈钢板硅钢片彩涂板彩钢瓦楞铁镀锌卷板热轧带钢管材：焊管不锈钢管热镀锌管冷镀锌管无缝管螺旋管热轧无缝 金属材料：生铁马口铁铝铅黄铜锡锌 钢材是国家建设必不可少的重要物资，应用广泛、品种繁多，根据断面形状的不同、钢材一般分为线材、型材、板材、管材和金属制品五大类、为了便于组织钢材的生产、订货供应和搞好经营管理工作，又分为重轨、轻轨、大型型钢、中型型钢、小型型钢、钢材冷弯型钢，优质型钢、线材、中厚钢板、薄钢板、电工用硅钢片、带钢、无缝钢管钢材、焊接钢管、金属制品等品种。 钢材的生产方法 大部分钢材加工都是钢材通过压力加工，使被加工的钢（坯、锭等）产生塑性变形。根据钢材加工温度不钢材同以分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有：
返回 中华人民共和国国家标 准 低合金高强度结构钢GB/T1591-94 High strength low alloy 代替GB1591-88 structural steels 本标准参照采用IS04950：1981《高屈服强度扁平钢材》和IS04951：1979《高屈服强度钢棒材和型材》。 1 主题内容与适用范围 本标准规定了低合金高强度结构钢的牌号和技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志及质量证明书等。 本标准适用于热轧、控轧、正火、正火加回火及淬火加回火状态供应的工程用钢和一般结构用厚度不小于3mm的钢板、钢带及型钢、钢棒,一般在供应状态下使用。 本标准规定低合金高强度结构钢的化学成分也适用于钢锭、连铸坯、钢坯及其制品。 2 引用标准
3 牌号表示方法 钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三个部分按顺序排列。 例如:Q390A 其中: Q--钢材屈服点的"屈"字汉语拼音的首位字母; 390--屈服点数值,单位MPa ;
A、B、C、D、E一一分别为质量等级符号。 4 尺寸、外形、重量等要求 尺寸、外形、重量及允许偏差应符合相应标准的规定 5 技术要求 5.1 牌号和化学成分 5.1.1 钢的牌号和化学成分(熔炼分析)应符合表1规定。合金元素含量应符合GB/T13304对低合金钢的规定。 注:表中的AI为全铝含量。如化验酸溶铝时,其含量应不小于0.010%。 5.1.1.1 Q295的碳含量39j0.18%也可交货。 5.1.1.2 不加V、Nb、Ti的Q295级钢,当C≤0.12%时,Mn含量上限可提高到1.80%。 5.1.1.3 Q345级钢的Mn含量上限可提高到1.70%。
常用合金钢（知识扩展）一.合金钢分类与编号二.低合金结构钢Q345、Q420 三. 机器零件用钢40Cr、65Mn、60Mn2Si、20Cr、20CrMnTi、GCr15 四.合金工具钢9SiCr、CrWMn、W18Cr4V、Cr124Cr5MoSiV 五.特殊性能钢1Cr13、9Cr18、1Cr17、1Cr18Ni9Ti、ZGMn13 合金钢分类 1.按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类：按合金元素含量多少分类低合金钢（合金总量低于5 %）中合金钢（合金总量为5 %～10 %）高合金钢（合金总量高于10 %）2.按用途分类：按用途分类：按用途分类合金结构钢低合金结构钢(也称普通低合金钢) 合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢滚珠轴承钢合金工具钢合金刃具钢(含低合金刃具钢、高速钢) 合金模具钢(含冷模具钢、热模具钢) 量具用钢特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢合金钢编号首部用数字标明碳质量分数: 结构钢以万分之一为单位的数字（两位数), 工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表示碳质量分数,而工具钢的碳质量分数超过1%时，碳质量分数不标出。在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数字标明:平均质量分数少于 1.5%时不标数, 平均质量分数为 1.5%～2.49%、 2.5%～3.49%……时,相应地标以2、3……。专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明. 如GCr15表示碳质量分数约1.0%、铬质量分数约 1.5%(特例)的滚珠轴承钢. Y40Mn,表示碳质量分数为0.4%、锰质量分数少于 1.5%的易切削钢. 普通低合金钢Q345 用途主要用于制造桥梁,船舶,车辆,锅炉,压力容器,输油输气管道,大型钢结构等.在热轧空冷状态下使用,组织为细晶粒的F+P,不再热处理. 化学成分wt% C Mn Si V Nb Ti 0.015 0.18 ～ 1.0 ～0.55 0.02 0.20 1.6 ～0.15 ～0.06 厚度mm <16 16～35 35～50 σs MPa ≥345 ≥325 ≥295 σb MPa 470～630 0.02 ～0.2 机械性能δ5 % Akv(20℃) J 34 21～22 GB/T1591-1994 Q345包括旧钢号12MnV ,14MnNb ,16Mn ,18Nb ,16MnCu Q420 普通低合金钢在正火状态下使用,组织为F+S 化学成分wt% V Nb Ti 0.02 ～0.2 0.015 ～0.06 0.02 ～0.2 δ5 % C ≤0.20 厚度mm <16 Mn Si Cr ≤0.40 Ni ≤0.70 1.0 ～0.55 1.7 34 18～19 16～35 GB/T1591-1994 ≥380 35～50 Q345包括旧钢号15MnVN ,14MnVTiRE 机械性能σs MPa σb MPa ≥420 520～680 ≥400 Akv(20℃) J 合金调质钢(低淬透性) 40Cr 热处理毛坯尺寸＜25mm 用途：用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件,如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓、进气阀主要化学成分wt% C Mn Si Cr Mo 机械性能（≥）退火态H B 淬火℃回火℃σb σs δ5 ψ Akv % % J MP MP a a 0.37 0.5 0.17 0.8 0.07 850 520 980 785 9 45 47 2 0 油水～～～～～0.44 0.8 0.37 1.1 0.12 7 油（GB/T3077－1999）合金弹簧钢钢号C 65Mn 60Mn2Si 主要成分w % Mn Si Cr 热处理淬火℃回火℃机械性能σs MPa σb MPa δ10 ψ % % 65Mn 0.62 ～0.70 60Si2 0.56 Mn ～0.64 0.90 ～1.20 0.60 ～0.90 0.17 ～0.37 1.50 ～2.00 ≤ 830 540 0.25 油800 1000 8 30 ≤ 870 480 1200 1300 5 0.35 油GB/T1222-1985 25 65Mn 60Mn2Si钢应用举例：截面≤25mm的弹簧，例如车箱缓冲卷簧合金渗碳钢(低淬透性合金渗碳钢低淬透性) 20Cr 低淬透性用途：可制造汽车、拖拉机中的变速齿轮,内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件.能同时承受强烈的摩擦磨损,较大的交变载荷,特别是冲击载荷机械性能（≥）主要化学成分wt% 热处理℃C Mn Si Cr 渗预淬回σb σs δ ψ Akv 5 碳备火火MP M J % % a P 处 a 理0.17 0.5 0.20 0.7 9 ～～～～3 0.24 0.8 0.40 1.0 0 8 8 0 水油780 2 0 ～820 0 水, 油8 3 5 5 4 0 毛坯尺寸m m 10 4 47 ＜0 1 5 GB/T3077-1999 合金渗碳钢(中淬透性合金渗碳钢中淬透性) 中淬透性20CrMnTi 主要化学成分wt% C Mn Si Cr Ti 毛渗预淬回σb σs δ ψ Ak 坯尺v 碳备火火MP MP % % 2 0 寸处℃m a a 理J m 9 3 0 8 8 0 油7 2 7 0 0 0 油1 85 1 4 55 < 0 0 0 5 15 8 GB/T3077-1999 0 热处理℃机械性能（≥）0.17 0.80 0.1 1.0 7～～～～0.23 1.10 0.3 1.3 7 0.04 ～0.10 滚珠轴承钢GCr15 用途：制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针),内外套圈等. 或制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件. 淬回
低合金钢定义 中国钢产量已突破6亿吨，钢材数量不再是主要矛盾，钢材品种结构不合理的矛盾十分突出。当前行业的主要任务是努力提高产品的市场竞争力，站在可持发展的新起点上，把大力开发低合金钢列入发展战略的重要内容。许多普钢企业在钢材品种结构调整和编制科技发展规划中，已意识到低合金钢生产是提高产品技术含量和附加值的关键，对低合金钢开发中碰到的种种问题心中无数，一些科技管理干部觉得“成也低合金钢，败也低合金钢”，迫切要求对低合金钢有个全面的了解。 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
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≤0.2%），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1.6%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（≤0.1%）和低硫（≤0.015%）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0.01～0.02%；降碳可大大改善钢的韧性和焊接性能。
低合金钢品种
微合金化钢知识讲座二低合金钢主要品种 编辑条目 第二部分低合金钢主要品种 2.1 焊接高强度钢 焊接高强度钢，又叫做可焊接低合金高强度结构钢，是低合金高强度钢钢类的主体。 它有三个基本属性： 第一，较低的碳含量，有良好的焊接性。 第二，屈服强度高于普通碳素钢，作为结构用材时，钢的屈服强度参与结构的强度设计。 第三。以高强度为基础，根据用途的不同要求，具有不同的特性，如抗时效、抗冲击、抗韧性撕裂，抗缺口敏感、耐火性等等。 我国的焊接高强度钢的主要钢种牌号已纳入GB ／T1591—94中，由此派生的低合金专用钢分类及标准： 锅炉用钢 BG713—86，YBG741—87 压力容器用钢 GB5681—85，GB6653—86， GB6654—86 GB6655—86，GB6479—86，GB3513 造船用钢 GB712—88
汽车用钢 GB3273—82 桥梁用钢 YB(T)60—81 自行车用钢 GB3647—83，GB3696—83 保证厚度方向性能钢 GB5313 管材用钢 GB479—86，GB8162—87 GB8163—87，YB231—70 核能用钢 舰船用钢 兵器用钢等。 焊接高强度钢的合金设计，放在第一位考虑的是钢的强度，强化机制包括固溶强化、析出强化、细晶强化、位错及亚结构强化、以及相变的组织强化。此5种强化机制的组合，可以生产出屈服强度由295MPa～880Mpa不同级别的焊接高强度钢，以及不同强度和韧性匹配的强韧钢等级。 焊接性是焊接高强度钢的基本属性，要求在一定的焊接条件下，容易得到优良的焊缝及热影响区，具有与母材相当的力学性能和加工工艺性能。钢的化学成分对焊接性的影响从表2可见。提高焊接性能的有效措施是降低碳含量、降低P、S含量，选用适宜的合金元素。
碳钢及普通低合金钢的焊接 1.什么是碳素钢？常用的有哪几种？ 答：碳素钢也叫碳钢。常用焊接的有低碳钢（含C≤0.25%）和中碳钢 （含C=0.25%--0.60%）；优质碳素结构钢（08、10、15、20、25、30、35、40、45）2.为什么叫普通低合金钢？它们是如何分类的？ 答：在普通低合金钢中，除碳以外，还含有少量其他元素，如：锰、硅 、钒、钼、钛、铝、铌、铜、硼、磷、稀土等，性能发生变化，得到比一般碳钢更优良的性能，如：高强度钢、耐蚀钢、低温钢、耐热钢等。 3.什么是金属材料的机械性能？ 答：强度、硬度、朔性、韧性、耐疲劳和蠕变性能等。 4.什么是钢材的工艺性能？ 答：钢材承受各种冷热加工的能力，如：可切削性、可锻性、可铸性和可焊接性等。 5.什么是金属的焊接性？ 答：在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。包括两方面的内容： 一是接合性能，又称工艺可焊性；二是使用性能，又称使用可焊性。 6.为什么ER50-6实心焊丝使用十分普遍？它适合哪些钢材？ 答：ER50-6实心焊丝（如：唐山神钢MG-51T）适合的钢材有： 〈1〉普通碳素结构钢：Q215 Q235 Q255 Q275 〈2〉优质碳素结构钢： 08 10 15 20 25 30 35 40 45 15Mn 20Mn 25Mn 30Mn 35Mn 〈3〉碳素铸钢：ZG200-400H ZG230-450H ZG275-485H 〈4〉压力容器用碳素钢： 20R 〈5〉锅炉用碳素钢： 20g 〈6〉桥梁用碳素结构钢： 16q 〈7〉核压力容器用碳素钢： 20HR 〈8〉汽车制造用碳素结构钢： 08Al 15Al 〈9〉普通低合金高强度结构钢：Q295 （09MnV、09MnNb、09Mn2） Q345 （14MnNb、16Mn、16MnRE）Q390 （15MnV、15MnTi、16MnNb） Q420 （15MnVN、14MnVTiRE） 〈10〉船体用低合金高强度结构钢 AH32 DH32 EH32 AH36 〈11〉压力容器用低合金高强度结构钢 16MnR 15MnVR 15MnVNR 〈12〉锅炉用低合金高强度结构钢 16Mng 19Mng 22Mng 〈13〉桥梁用低合金高强度结构钢 16Mnq（16MnCuq）15MnVq 15MnVNq 〈14〉石油天然气管道用低合金高强度结构钢 S290 S315 S360 S380 S415 7.为什么低合金高强钢会出现裂纹？有哪些影响因素？ 答：随含碳量和合金元素的增加，产生冷裂纹的敏感性增加。产生冷裂纹的三要素是：〈1〉焊接接头中产生淬硬的马氏体组织〈2〉焊接接头中扩散氢〔H〕含量高 〈3〉焊接接头中有较高的残余应力 8.为什么防止冷裂纹要采取工艺措施？ 答：防止冷裂纹要采取的工艺措施有： 〈1〉建立低氢的焊接环境 〈2〉制定合理的焊接工艺和焊接顺序
第五章低合金钢与合金钢 引言：碳素钢应用很广泛，但也存在缺点，如：强度和韧性不能兼备（回忆碳素钢与含C量的关系），∴造成使用问题。又：碳素钢淬透性差，不能用于大型零件，∴加入合金元素，成为合金钢。 一、合金钢概述： 1、定义：加入合金元素的钢。如：C r、N i、M n、S i、M o、W、T i、B、N b、A l、R e（稀土元素）。 即：加入合金元素的含C量小于 2.11%的F e—C合金。 2、合金元素在钢中存在形态： （1）合金F：合金元素的原子溶入F晶格形成的固溶体。 合金F=α-F e（C、M n、S i、C r、N i……） 固溶强化：使合金强度、硬度提高，当合金元素量适当时，（M n、S i ＜1.0%；C r＜1.5%；N i＜5%）不但提高强度、硬度，还提高韧性。 （2）合金碳化物：合金元素和碳形成化合物。 T i C、W C、V C、M o C 强度比渗C体还硬。 第二相强化：碳化物可以提高钢的强度、硬度，也使塑性、韧性下降。 3、合金元素对钢性能影响： （1）可以提高钢的强度，硬度（同时，量合适时，还可不降低塑性、韧性）。 （2）可以提高淬透性（除C o外） （3）可以细化晶粒（细化晶粒的方法） T i、N b、V、M o细化，B微量可以细化 （4）提高了回火稳定性 （5）产生二次硬化：W、V、M o回火到500C以上时，出现大量W C、V C，以微粒出现在边界。∴高温时硬度提高。 （6）可以使钢获得特殊的性能： 不锈钢：C r N i；耐磨钢：M n；耐热钢：W、M o、V 二、合金钢的牌号： 牌号可经看出许多内容：含量、热处理等。 1、低合金钢=碳素结构钢差不多。 Q390A（Q295-Q460）Q235A F（Q175-Q275） 屈390m p a A级A级沸
钢材的种类及分类 钢材种类 炼钢炉炼出的钢水被铸成钢坯，钢锭或钢坯经压力加工成钢材（钢铁产品）。钢材种类很多，一般可分为型、板、管和丝四大类。 1 、型钢类 型钢品种很多，是一种具有一定截面形状和尺寸的实心长条钢材。按其断面形状不同又分简单和复杂断面两种。前者包括圆钢、方钢、扁钢、六角钢和角钢；后者包括钢轨、工字钢、槽钢、窗框钢和异型钢等。直径在 6.5 -9.0mm 的小圆钢称线材。 2 、钢板类 是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材。按厚度不同分薄板（厚度 < 4mm ）、中板（厚度 4 -25mm ）和厚板（厚度 > 25mm ）三种。钢带包括在钢板类内。 3 、钢管类 钢管类是一种中空截面的长条钢材。按其截面形状不同可分圆管、方形管、六角形管和各种异形截面钢管。按加工工艺不同又可分无缝钢管和焊管钢管两大类。 4 、钢丝类 钢丝是线材的再一次冷加工产品。按形状不同分圆钢丝、扁形钢丝和三角形钢丝等。钢丝除直接使用外，还用于生产钢丝绳、钢纹线和其他制品。 钢材的分类 线材：普线高线螺纹钢 型材：工字钢槽钢角钢方钢重轨高工钢 H 型钢圆钢不等边角钢扁钢轻轨齿轮钢 六角钢耐热钢棒合结圆钢合工圆钢方管碳工钢轴承钢碳结圆钢不锈圆钢轴承圆钢矩型管弹簧钢 板材：中厚板容器板中板碳结板锅炉板低合金板花纹板冷板热板冷卷板热卷板镀锌板电镀锌板电镀锌卷锰板不锈钢板硅钢片彩涂板彩钢瓦楞铁镀锌卷板热轧带钢 管材：焊管不锈钢管热镀锌管冷镀锌管无缝管螺旋管热轧无缝 金属材料：生铁马口铁铝铅黄铜锡锌 钢材按外形可分为型材、板材、管材、金属制品四大类。 为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材分为十六大品种：
第七章合金钢 碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。在零件设计时，屈服强度是设计的依据。所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。为了满足使用要求，必须选用合金钢。 1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？ 答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。 ⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。 ⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。 2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？ 答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。 普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。 钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。 3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？ 答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。 由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，ζs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。 为了达到这些要求，普通低合金钢碳含量低，一般为0.1～0.2％；合金元素含量低，一般＜3％。主加元素Mn用来强化铁素体基体；辅加元素V、Ti用来形成碳化物起弥散强化的作用，同时细化铁素体晶粒；Cu、P用来提高钢对大气的抗蚀能力。 4、合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？ 答：合金钢中的合金元素能溶入铁素体基体起固溶强化作用，只要加入量适当并不降低钢的韧性；除了Co和Al外，其它合金元素均使C曲线右移，使合金钢淬火时临界冷却速度下降，淬透性提高，从而使力学性能在工件整个截面上均匀（特别是ζs和αk）。故合金钢力学性能好。 合金钢淬透性高，临界冷却速度小，故可用较小的冷却速度进行淬火，使热应力大大降低，所以，合金钢的热处理变形小。 合金工具钢中存在合金渗碳体和特殊炭化物，比碳素工具钢中的渗碳体具有更高的硬度和稳定性，弥散度高，故耐磨性高。