第四节 低合金高强度钢的定义与分类

　　低合金高强度钢作为近几十年发展很快且生产量大、使用面广的工程结构材料，至今世界各国还没有共同认可的定义和分类。现就我国的国外一些主要国家及组织的标准中有关规定简介如下：
　　一、 中国标准有关规定
　　（一） 根据国家标准 GB/T 13304《钢分类》第一部分“钢按化学成分分类”，低合金钢合金元素含量的规定界限值如表1-1-4所示。
　　　　　　　　　　　　　　　表1-1-4 低合金钢合金元素规定含量界限值

　　1.合金元素含量的规定
　　（1） 标准、技术条件或订单对钢的熔炼分析化学成分规定最低值或范围时，应以最低值作为规定含量进行分类。
　　（2） 标准、技术条件或订单对钢的熔炼分析化学成分规定最高值时，应以最高值的0.7倍作为规定含量进行分类。
　　2. 标准或技术条件对钢规定的任一合金元素，按上述确定的每个合金元素规定含量的百分数，处在表1-1-4中所列界限值范围内时为低合金钢。
　　3.当铬、铜、钼、镍四种元素，有其中两种、三种或四种元素同时规定在钢中时，对于低合金钢应同时考虑这些元素中每种元素的规定含量，所有这些元素的规定含量总和，应不大于规定的两种、三种或四种元素中每种元素最高界限值总和的70%。这一原则也适用于铌、钛、钒、锆四种元素。
　　（二） 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。
　　1. 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。应同时满足以下条件：
　　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： ≥ 0.045%；
　　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（20℃，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、QQ345A；
　　②低合金钢筋钢，如GB1449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
　　优质低合金钢是指点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锅炉的压力容器用低合金钢。如GB 713规定的16Mng、12Mng、15MnVg；YB/T 5139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/T 3273规定的09MnREL、06TiL、08 TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL；
　　⑤桥梁用低合金钢，如YB168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、16Mn、19Mn；
　　⑦低合金耐候钢，如GB/T 4171规定的09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B、09CuP、GB/T 4172规定的16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT；
　　⑧铁道用低合金钢。如GB 2585规定的低合金重轨钢U71Cu、U71Mn、U70MnSi、U71MnSiCu、YB/T 5055规定的起重机用低合金钢轨钢U71Mn；
　　⑨矿用低合金结构钢，如GB/T 2414规定的M540、M565热处理钢；
　　⑩输油、输气管线用低合金钢；其他低合金钢。
　　（3）特殊质量低合金钢
　　特殊质量低合金是生产过程中需要特别严格控制质量和性能（特别是严格制硫、磷等杂质含量和纯洁度）的低合金钢。应至少符合下列一种条件：
　　①规定限制非金属夹杂物含量和（或）内部材质均匀性，如钢板抗层状撕裂性能；
　　②规定严格控制磷含量和（或）硫含量最高值，并符合下列规定：
　　　　熔炼分析值： ≤0.020%；
　　　　成品分析值： ≤0.025%；
　　③规定限制残余元素含量，并应同时符合下列规定：
　　　　铜熔炼分析最高值： ≤ 0.10%；
　　　　钴熔炼分析最高值： ≤0.05%；
　　　　钒熔炼分析最高值： ≤0.05；
　　④规定低温（低于-40℃）冲击性能；
　　⑤可焊接的高强度钢，规定的屈服强度最低值不小于420MPa（厚度3—16mm钢材取纵向或横向试样测定的性能）。
　　特殊质量低合金钢主要包括：
　　①低合金高强度钢，如GB/T 1591规定的Q420A、Q420B、Q420C、Q420D、Q420E、Q460C、Q460D、Q460E；
　　②保证厚度方向性能的低合金钢，如GB/T 5313规定的所有低合金钢牌号；
　　③铁道用低合金钢，如GB 8601规定的CL45MnSiV；
　　④低温压力容器用低合金钢，如GB 3531规定的16MnDR、09MnNiDR、15MnNiDR；
　　⑤舰船、兵器用于低合金钢；
　　⑥刮脸刀片用低合金钢，如YB/T 5060规定的Cr03.
　　2.低合金钢主要性能及使用特性分类如下：
　（1） 可焊接低合金高强度结构钢
　　这类钢是低合金钢的主要部分，是具有较高屈服强度的细晶粒结构用钢。其综合力学性能良好，适于用通常的方法进行焊接，规定的屈服强度约为300—460MPa.钢中碳含量一般不大于0.20%，钢的强度提高主要依靠合金元素的作用，锰作为主要强化元素一般不大于1.80%，此外还分别含有钒、钛、铌、锆等细化晶粒的合金元素。
通用的低合金高强度结构钢牌号如Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等；
船体用低合金结构铜牌号如AH36、DH36、EH36等；
汽车大梁用低合金钢牌号如06TiL、08 TiL、10 TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL等。
桥梁用低合金铜牌号如12Mnq、12MnVq、16Mnq、16MnCuq、15MnVq、15MnVNq等.
　　（2） 低合金耐候钢
　　低合金耐候钢是在钢中加入铜、磷、硅、铬、镍和钼等合金元素以显著提高其耐大气腐蚀性能。常用的低合金耐候铜牌号如09CuPCrNi、09Cu、16CuCr、12MnCuCr、15MnCuCr、15MnCuCr-QT等。
　　(3)低合金钢筋钢
　　低合金钢筋钢是在钢中加入锰、硅、钛、钒、镍等合金元素，以达到要求的强度性能、冷弯性能、一定的屈服点与抗拉强度比值，较好的焊接性能。常用的低合金钢筋铜牌号如20MuSi、20MnTi、20MnSiV、25MuSu、20MnNbb等.
　　（4） 低合金钢
　　铁道用低合金钢主要包括重轨、轻轨、车轮、异型钢等。这类饮要求对生产过程严格控制，对低倍组织、轨端淬火、淬火回火热处理、落锤试验、冲击性能、非金属变白杂物、表面质量和内部质量等有特殊要求。主要牌号如U71Cu、U71Mn、U71MnSi、U70MnSiCu、45SiMnP、50SiMnP、09CuPRE、09V、CL45MnSiV等。
　　（5） 矿用低合金铜
　　矿用低合金铜用于矿机设备和矿井支护，如矿机用刮板铜和槽帮钢牌号M540、M565；矿山巷道支护用U型铜牌号20MnVK、25MnVK等。
　　（6） 其他低合金钢
　　除上述外，合金元素含量属于低合金钢范围的其他用途的钢。
　　二、国际标准和国外标准有关规定
　　（一）国际标准
　　1.国际标准 ISO 4948/1 《钢分类—第1部分：根据化学成分钢分为非合金钢和合金钢》
　　根据该标准的规定，钢按照化学成分分为非合金钢和合金钢。
　　2.国际标准 ISO 4948/2《钢分类—第2部分：非合金钢和合金钢按主要质量级别和主要性能及使用我特性的分类》
　　根据该标准的规定，按照钢的主要质量级别和主要性能及使用特性。合金钢分为合金优质钢和合金特殊钢。所谓合金优质钢是生产量相当大的低合金含量的钢，与合金特殊相比，其质量要求容易满足。合金优质钢中，具有高屈服强度的可焊接细晶粒结构钢应同时满足下列条件：
　　规定的最小屈服强度小于420MPa（厚度≤16mm）；
　　规定的熔炼分析合金元素含量的最小值或成分范围的下限应符合表1-1-5的规定。
　　如果合金元素仅以最大的含量值来规定，则根据该最大值的70%来确定（锰含量下限除外）。
　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　表1-1-5 高屈服强度合金优质钢合金元素极限含量

　　1）当这些元素的两种、三种、或四种一起规定在钢中时，应同时考虑：
　 　----这些元素中每种元素的极限含量；
　　----全部这些元素的极限含量应等于规定中的两种、三种或四种元素中每种元素极限含量的总和的70%。
　　2）1）的原则也适用于这些元素。
　　此外，优质合金钢还包括仅以铜合金化的钢，其铜含量规定的最小值不小于0.40%，但小于0.50%。或者，如果不规定最小值，规定的最大值不小于0.57%，但小于0.70%（其他合金优质钢略去一编者）。

　（二）欧洲标准
　　欧洲标准EN10020《钢级的定义和分类》
　　根据该标准的规定，钢按照化学成分分为非合金钢和合金钢；按照主要质量等级分类，合金钢分为合金优质钢和合金特殊钢。所谓合金优质钢是用于类似非合金优质钢的用途，通常不要求淬火和回火或表面硬化处理。合金优质钢中，可焊接细晶粒结构钢，包括压力容器和钢管用钢。除仅规定铜合金元素的钢之外，应满足下列所有条件：
　　①规定的最小屈服强度小于380MPa（厚度≤16mm）；
　　②规定的熔炼分析合金元素含量的最小值应符合表1-1-6的规定；
　　③除锰以外的合金元素，如果仅规定熔炼分析最大值时，应该取最大值的70%来确定。当锰仅规定最大值时，界限值为1.80%；
　　　　　　　　　　　　　　　表1-1-6高屈服强度合金优质钢合金元素极限含量

　　1）当这些元素的两种、三种、或四种一起规定在钢中时，并且合金含量低于表中规定的界限值上限时，对有关的两种、三种或四种元素，以上述每个界限值的总和的70%作为分类的界限值。
　　2）1）的原则也适用于这些元素。
　　④规定的冲击功不大于27J（--50℃，纵向ISOV型缺口试样）。

　　1）欧洲标准EN10020己被欧洲一些国家采用作为国家标准、如德国DINEN10020、英国BSEN10020、法国NFEN10020等。一编者

　（三）美国标准
　　美国标准ASTMA749《术语定义》低合金高强度钢为一组高强度用钢。其强度和在某些条件下具有的耐大气腐蚀性能是通过加入适量的一种或多种合金元素而得到的。
　（四）日晒标准
　　日本标准JISGO203《钢铁术语》
　　为了更好地改善钢的性能或使钢具有所要求的性能而加入一种、两种或以上的合金元素。其中含合金元素超过表1-1-7数值的称为合金钢。按合金元素含量多少，称为高合金钢和低合金钢。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1-1-7 合金元素含量的界限值

　　综上所述，国家标准GB/T 13304《钢分类》中按照化学成分将钢分为三类：非合金钢、低合金钢和合金钢。而国际标准和欧洲标准及一些国外标准按化学成分将钢分为两类：非合金钢和合金钢，低合金高强度钢仅是合金钢中的一小类。美国ASTM标准中有很多低合金钢标准，其中大多数是低合金高强度钢标准。
我国低合金钢己形成完整的牌号系列的标准系列。牌号素列中以锰系为主，有些加入微量钼、铌、钒、铜、氮、稀土等合金元素，其中大量生产的是16Mn。如果按照一些国家或组织的标准对钢进行分类，则我国的一些低合金钢基本上都应划分为非合金钢。美国ASTM标准中的低合金钢也是一样，除部分铬、镍含量高的牌号外，很多牌号也要划分为非合金钢。美国ASTM标准中还有“碳锰钢”，其作为碳素钢中的一类，其中大部分与我国锰系列低合金钢近似。