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什么是合金钢
在钢里边除正常元素外,还加有其他元素的钢,叫合金钢,如加有锰(Mn)、矽(Si)、钒(V),铝(MO),铁(Ti)、铝(Al)、镍(Ni)、铜(Cu)、硼(B)、磷(P)、稀土(Re)等。在钢里加入一种或几种元素后,
钢的性能会发生变化,从而具有一般碳钢所没有的特性,如强度高、韧性好、耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐低温等。
合金钢按其性能,可分为四类:
(1)结构钢:强度高、塑性和韧性好,焊接和机械加工性能好。可用于制造压力容器、车辆、船舶、桥梁、油管等比较重要的结构件。
(2)耐腐蚀钢:耐腐蚀能力较强,塑性良好,焊接性能尚好。可用于制造石油、化工、船舶、海上采矿设备等。它能耐硫化氢、海水、大气酸、堿等介质的腐蚀。
(3)低温钢:在一40-253℃的低温下,能保持原来的性能。可用于制造空气分离设备、石油分离设备及各种低温压力容器等。
(4)耐热钢:在高温下具有高温强度和抗氧化性能。一般用于制造环境温度高的机械部件和各种设备。
合金钢按其元素含量的多少,又分为低合金钢和高合金钢两种:
(1)低合金钢:含合金元素比较少,焊接性能较好,与低碳钢相似。焊接前后,一般不需要采取特殊工艺措施,用焊接低碳钢的方法,选用低碳钢焊条或与焊件成分近似的焊条焊接就可以。
(2)高合金钢:含合金元素偏高,焊接时有困难。焊接方法和工艺措施,一般不需要采取特殊工艺措施,用焊接低碳钢
在装修设计中,我们也要知道什么是合金钢,它的特点是什么。
低合金钢的出现可以追溯到19世纪的1870年,一种碳含量0.64~0.9%和铬含量0.54~0.68%、抗拉强度685Mpa、弹性极限410Mpa钢,第一次被采用于工程结构,建造了跨度158.5m的拱形桥梁。但这种钢不理想也是十分明显的,需要轧后热处理,难以机械加工,耐蚀性又不良。随后的1个多世纪的时间,世界各国不断探索,大体上可以把低合金钢区划为三个不同特征的发展阶段,在20世纪20年代以前,20~60年代及60年代以后。前两个阶段姑且合称为传统的低合金钢发展阶段,后一阶段可以称为现代低合金钢发展阶段(后面我们称它为微合金钢Microalloyed Steel)。
前一时期低合金钢的重大发展有三个标志:
① 由单一元素合金化向多元素合金化发展
1895年曾采用0.40~0.56%C和3.5%Ni的钢建造了俄国的“鹰”级驱逐舰,该钢的加工性比初期的铬钢要好得多,屈服强度在355Mpa。20世纪初还用8000多吨含镍的钢建造了跨度为448m的桥梁,美中不足的是这种钢的合金资源有限,成本又高。此后开发了1.25%Si的低合金钢,建造了横渡大西洋的船舶和跨度110m的桥梁,俄国利用铁铜混生矿源,曾开发了0.7~1.1%Cu的低合金钢用于造船、建桥,这种钢导电性好,抗腐蚀性优良。
长达30多年的生产和应用经验的积累,发现多元合金化的低合金钢综合性能更佳,经济上更划算,开发了二元合金化的Ni-Cr、Cr-Mn、Mn-V低合金钢,和三元复合合金化的Cr-Mn-V、Cr-Mn-Si、Mn-Cu-P等低合金钢。用途上也扩大到了锅炉、容器、建筑和铁塔等方面。20世纪20年代全世界的低合金钢产量达到200万吨。
② 赋予低合金钢的第一特征:低碳、可焊接
在工程结构广泛采用焊接技术之后,给低合金钢发展带来深远的影响。为减小焊接热影响区硬化和开裂、焊接接头延性恶化,把低合金钢的碳含量由0.6%降到0.4%,随后又降至0.2%,至60年代末再降至0.18%,提出了焊接碳当量的可焊性判据。为了获得高强度钢不断增高的强度需求,出现了两条发展途径,一个是提高合金含量,另一个是热处理手段,各有利弊,至今屈服强度高于600Mpa的钢仍采用热处理,E级和F级船板仍规定正火状态使用,再如铁路钢轨仍有合金化轨和全长淬火轨的两种生产方式。
③ 注意到钢的冷脆倾向性和时效敏感性
二次世界大战期间大量“自由”轮在运行中断裂及许多锅炉、容器的失效,注意到了钢冷脆倾向与钢的粗晶结构和有害元素P、S的含量有关,而钢的时效倾向是由钢中N所致,从而采取了降硫、铝细晶化和控制终轧温度等优化工艺。为了钢结构的安全使用和寿命,同时还开发了低温夏氏V型缺口冲击、温度梯度双重拉伸、零塑性转折落锤及BDWTT落锤撕裂等试验方法及制订了相应的断裂韧性判据。
20~60年代间,工业发达国家的低合金钢开发带来了经济的繁荣和现代化。据不完全统计,全世界成熟的低合金钢钢种牌号有2000余个,形成了5大合金成分系列:
⑴ 以德国St52钢为代表的C-Mn钢系列,日本的SM400、中国的16Mn属于这类钢。
⑵ 以美国Vanity钢为代表的Mn-V-(Ti)钢系列,构成了现代微合金化的先驱。
⑶ 美国的含P-Cu钢系列,代表钢种有Corten和Mariner钢,具有良好的耐大气和海水腐蚀性。
⑷ Ni-Cr-Mo-V钢系列,如美国开发的淬火回火状态T-1钢板成功用于压力容器的建造。
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