按國際標準,把鋼區(qū)分為非合金鋼和合金鋼兩大類,非合金鋼是通常叫做碳素鋼的一大鋼類,鋼中除了鐵和碳以外,還含有爐料帶入的少量合金元素Mn、Si、Al,雜質元素P、S及氣體N、H、O等。合金鋼則是為了獲得某種物理、化學或力學特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V,并對雜質和有害元素加以控制的另一類鋼。
原則上講,合金鋼分為低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼,顧名思義,以含有合金元素的總量來加以區(qū)分,總量低于3%稱為低合金鋼,5~10%為中合金鋼,大于10%為高合金鋼。在國內習慣上又將特殊質量的碳素鋼和合金鋼稱為特殊鋼,全國31家特鋼企業(yè)專門生產這類鋼,如優(yōu)質碳素結構鋼、合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼、碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、軸承鋼、不銹鋼、耐熱鋼、電工鋼,還包括高溫合金、耐蝕合金和精密合金等等。在鋼的分類上,近年雖努力向國際通用標準靠攏,但還有許多不同之處。
① 隨著特鋼向“特”、“精”、“高”發(fā)展,向深加工方向延伸,特鋼的領域越來越窄。美國特鋼協(xié)會將特鋼定位在工模具鋼、不銹鋼、電工鋼、高溫合金和鎳合金。日本把結構鋼和高強度鋼歸并在特鋼范疇。隨著中國普鋼企業(yè)的技術改造和工藝進步,特鋼企業(yè)的產品領域也在縮小,1999年普鋼廠已生產特鋼產品總量的34%。
② 國外的低合金鋼,實際上是我們所熟悉的低合金高強度鋼,屬于特殊鋼范疇,在美國叫做高強度低合金鋼(HSLA—Steel),俄羅斯及東歐各國稱為低合金建筑鋼,日本命名為高張力鋼。而在國內,首先是把低合金鋼劃入了普鋼范圍,概念上的區(qū)別導致在產品質量上的差異。在名稱上也幾經變化,如低合金建筑鋼、普通低合金鋼、低合金結構鋼,至1994年叫做低合金高強度結構鋼(GB/T1591—94)。到目前為止,從發(fā)表的資料文獻來看,低合金鋼的名稱仍然隨著國家、企業(yè)和作者而異。
③ 低合金鋼與碳素鋼、低合金鋼與合金鋼之間,明確劃出的概念是不存在的。在國外,50年代曾給低合金鋼下過定義,總的意思是,凡是合金元素總量在3%以下,屈服強度在275Mpa以上,具有良好的可加工性和耐腐蝕性,以型、帶、板、管等鋼材形狀,在熱軋狀態(tài)直接使用的軟鋼的替代品。當然,在技術發(fā)展進程中,低合金鋼不論在合金含量、性能水平和交貨狀態(tài),已經有了很大的變化。
在中國,低合金鋼是一個更加籠統(tǒng)的鋼類,鋼材品種不僅含有低合金焊接高強度鋼,還包容了低合金沖壓鋼、低合金耐腐蝕鋼、低合金耐磨損鋼、低合金低溫鋼、甚至還納入了低、中碳含量的低合金建筑鋼和中、高碳含量的低合金鐵道軌鋼。具有中國特色,但帶來的一個問題是缺乏與國外統(tǒng)計數據的可比性。
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(qū)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。
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(xiàn)的最不利的條件。日前低合金高強度鋼的發(fā)展與各種焊接工藝的發(fā)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(yè)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。