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
为了抵抗盐雾和盐腐蚀要求求具有耐蚀性，还要具有好的成形性、焊接性、涂漆性，近年来开发了高强度增氮钢、增磷钢等，主要用于车身底部的纵梁、横梁等受力零件或改善成型性能。

电镀锡板
具有无毒、光泽美观、良好的耐蚀性、焊接性、加工成形性。

主要用于制造食品罐头外壳和轻便耐腐蚀器皿和电气零件。

热镀铝板
良好的耐蚀性和耐热性。

主要用于汽车消音器。

有机涂层板
有机涂层板式以冷轧板、热镀锌板、电镀锌板、镀铝材为基材，在表面涂敷各种有机涂料。

耐蚀性好、美观大方、使用方便、可以进行切断、弯曲、深冲、钻孔、铆接、咬合焊接等加工。

三、汽车冲压钢板
分类
双相钢
在使用状态下组织中有约70%~80%的细晶多边形铁素体和30%~20%的马氏体，马氏体以小岛状或纤维状均匀分布在铁素体基体上，因而具有：较低的屈服强度、高的伸长率、高的加工硬化指数和塑性应变比、低的应变时效速率等等。

双相钢主要分为退火双相钢和热轧双相钢。

退火双相钢又称热处理双相钢，是指冷轧或热轧后的板带经奥氏体和铁素体两相区连续加热退火而得到双相组织。

连续退火是生产双相钢最有效的工艺。

冷轧后的退火双相钢主要用于生产小于2mm的薄板带；热轧后的大多用于生产2~4.5mm板带。

热轧双相钢是指在热轧状态下直接得到双相组织的钢。

这种钢热轧后空冷，首先形成约80%的多边形铁素体，而后形成马氏体以及少量的残余奥氏体。

深冲压用冷轧钢板
定义：
超低碳深冲IF钢用BOF吹炼+RH真空处理等冶炼技术，降低钢中的碳含量（0.005%~0.001%），加入Ti、Nb元素固定C、N元素，从而得到无间隙原子的纯净铁素体，即为无间隙原子刚。

特点：
优良的深冲成形性和非时效性，但也有强度不高、冷加工脆性、镀层附着性较差等弊病。

工艺要求：
退火是IF钢冷轧板生产中最终决定产品性能的关键工艺，退火工艺参数的不稳定性和退火不充分是成品性能不佳、不稳定的一个重要因素。

IF钢的性能随退火加热温度和保温时间的增加而改善。

冷轧后可通过三种途径实现IF钢再结晶退火：连续热镀锌；连续退火；罩式退火。

但目前我国这方面的工艺还存在着不少的缺陷。

低碳高强度钢
为了改善汽车的安全性能和碰撞功能，高强度钢既可以减少汽车质量、在降低燃油消耗的同时降低排放。

特点：
具有较低的屈强比；较好的应变分布能力；较高的应变硬化特性；力学性能
更加均匀；回弹量的波动小；具有良好的碰撞特性和更高的疲劳寿命。

四、石油、天然气管线钢
分类：高强度管线钢、耐腐蚀的低合金高强度管线钢
高强度管线钢
高强度管线钢及其焊接热影响区（HAZ）应具备良好的低温韧性和现场焊接性能，必须综合应用合理的合金成分设计，超纯净冶炼，控制、控冷（TMCP）等工艺，改善焊接热影响区工艺多方面的技术和措施。

为获得高韧性，必须提高钢的纯净度，既降低钢中硫、磷和氧的含量。

耐腐蚀的低合金高强度管线钢
石油、天然气中多含有硫化氢气体，长久积累对管壁形成高度腐蚀。

我国研制的PU系列耐硫化氢钢中加入了能提高耐回火性和细化晶粒的合金元素，如Mo、W、V、Ti、Nb、Al等，经淬火+高温回火后使用。

工程构件钢的发展趋势
工程构件用钢的特别是低合金高强度钢的发展取得了很高的进步，特点是其中涉及的新的钢中较少，而是将各种不同工艺的结合来获得不同的组织与结构，从而使钢铁材料具有优良的性能。

主要技术有：
（1）、发展氧气转炉冶炼；
（2）、采用路外精炼技术；
（3）、广泛推广连铸连轧技术；
（4）、多元微合金化钢；
（5）、采用控轧控冷技术。

特种钢的应用涉及着方方面面，我们需要结合国内的生产特点，进行自主创新，形成具有自主知识产权的特殊钢生产技术。

参考文献：
《现代钢铁材料及其工程应用》机械工业出版社
《欧美工业设计5大材料顶尖创意》上海人民美术出版社
《热喷涂材料》国防工业出版社
《金属材料学》北京大学出版社
《表面科学与技术》机械工业出版社。