低合金高强度钢概述
低合金高强度钢的分类
低合金高强度结构钢包括一般低合金结构钢和其它一些优质低碳低合金高强度钢，其强度高于含碳量相当的碳素钢，但塑性、韧性和焊接性良好。适用于较重要的钢结构，如压力容器、发电站设备、管道、工程机械、海洋结构、桥梁、船舶、建筑结构等。
低合金高强度结构钢是在低碳结构钢的基础上添加一定量的合金元素（如Mn、Si、Cr、Mo、Ni、Cu、Nb、Ti、V、Zr、B、P和N等，但总量不超过5%，一般在3％以下），以强化铁素体基体，控制晶粒长大，提高强度和塑性、韧性。一般在热轧后条件下供货以满足用户对冲击韧度的特殊要求。如要求更高强度（σs=490-980MPa），也可以在调质状态下供货。
低合金高强度结构钢按屈服点（σs）分级。
国外对低合金高强度结构钢已制定标准，规定了C、S和P的上限而且对碳当量的上限，最高硬度及V型夏比值的下限均有严格规定，如日本焊接协会（WES）焊接结构用钢板标准。
低合金高强度结构钢根据屈服点和热处理状态可分为两种：
1．非热处理强化钢（热轧与正火钢）
（1）σs=249－392MPa级的低合金高强度钢。除15MnTi 为正火状态供货外，均为热轧状态使用。这类钢是在含C≤0.20%的基础上加入少量的固溶强化元素来保证钢的强度。组织为细晶粒的铁素体和珠光体。Mn是一种固溶强化效果最显著又比较便宜的元素，除增加强度外，还改善塑性、韧性，加入量不超过1.8%。Si的固溶强化效果也好、但含量高于0.6%，对冲击韧度不利。我国广泛使用的焊接性良好的16Mn、德国的St52以及日本的SM50均属此类钢。用它代替普通低碳钢，可节约20%－30%钢材。还可在16Mn钢中加入少量V（0.03%-0.2%）,Nb（0.01%-0.05%）,利用V、Nb的碳化物和氮化物的沉淀析出进一步提高钢的强度、细化晶粒，改善塑韧性，如12MnV、14MnNb、15MnV和16MnNb等钢种。
（2）σs=441－540MPa 级的低合金伉强度钢，在固溶强化的同时，必须同时加入其它合金元素（如加入Mn、Si、Ni、Mo、Nb、Ti等），通过正火处理后，使这些元素的化合物以细小的质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，并细化晶粒，以有效地提高强度，改善塑性、韧性。一般正火钢的组织为细晶粒的铁素体和珠光体。含Mo钢正火后的组织为上贝氏体和少量铁素体，必须进行回火处理以保证其塑性、韧性。
2．热处理强化钢（低碳调质钢）
σs=490－981MPa级的低合金高强度结构钢，一般在调质状态下供货，其组织为回火低碳马氏体或贝氏体。这类钢既有较高的强度，又有较好的韧性、塑性和焊接性。如果焊接规范选择适当，可以直接在调质状态下进行焊接，这样可以地HAZ中得到无效的低碳马氏体或贝氏体，焊后可不要求调质处理，但必要时要求消除应力处理。如果焊接规范选择不当，冷却速度低于临界值时，会产生韧性很差的混合组织。
调质钢的合金化设计原则与铁素体－珠光体型热轧和正火钢不一样。其强度主要不直接取决于合金元素的含量，而取决于含碳量。加入合金元素（如Cr、Ni、Mn、Mo、V、B、Ti 和Cu 等）的主要作用是保证淬透性，调节塑性、韧性，加入量视淬透性的要求而定；有的合金元素（如Mo）还可提高钢的抗回火性，使钢能在较高温度下回火消除应力而不致于降低钢的强度，因而对改善塑、韧性有利。Ni在这类钢中是非常重要的合金元素。它能提高钢的韧性与塑性，降低钢的脆性转变温度。与Cr一起加入时，因此，在这类钢中几乎离不开这两种元素，且随着强度级别的提高，含Ni量也不断增加。但从增加钢的淬透性出发，含Cr量超过1.6%已无实际意义，而且反而对韧性不利。
σs≥667MPa的T－1钢是美国早期发展的一种含Cr、Ni的低碳调质钢，主要用于压力容器、桥梁、工程机械和塔式结构等。日本的HT-80型的Welten80C类似T-1钢，但不含Ni和V，故抗应力腐蚀能力高，在日本用来制造-30℃的大型球形贮罐。我国GQ-702和GQ-705属于这类钢。
HY-80钢是美国σs=540－687MPa的调质高强钢，在低温下有高的韧性与防爆性能，主要用于制造潜艇这类的耐压外壳。日本的NS－63、英国的Q1钢和我国的GQ－604钢类似于此类钢。
HY－130钢是σs=883MPa以上的新发展的韧性优良的低碳调质钢，主要用于海洋和宇航等重要结构。
根据我国资源条件发展的σs=600-700MPa级的无Ni、Cr低碳调质钢，如14MnMoVN和14MnMoNbB等，主要用于制造中温高压锅炉及石油、化工作的中温高压容器等。低合金高强度结构钢的焊接特点：
1．热影响区的淬硬倾向 焊后冷却过程中，易在热影响区中出现低塑性的脆硬组织，这种组织在焊缝扩散氢量较高和接头拘束较大时易产生氢致裂纹。
钢材的碳当量是决定热影响区淬硬倾向的主要因素。碳当量越高，钢材淬硬倾向越大。焊接时热影响区过热区的800－500℃的冷却时间（一般用t8/5表示）是另一个重要参数。该冷却速度越大，则热影响区的淬硬程度越高。焊接方法、板厚、接头形式、焊接规范、预热温度决定了t8/5的大小。
焊接接头中,热影响区的硬度值最高。一般用热影响区的最高硬度来衡量淬硬程度的高低。不同级别的主强度钢热影响区有不同的最高硬度允许值，目前我国还没有明确规定。
2．冷裂纹敏感性 低合金高强度钢焊接时出现的裂纹主要是冷裂纹。因此，焊接时对于防止冷裂纹问题必须予以足够的重视。钢的强度级别越高，淬硬倾向越大，冷裂纹敏感性也越大。关于冷裂纹形成机理，是一种比较复杂的现象，一直有人在深入研究。目前多数人认为产生冷裂纹的三大因素是：
（1）焊缝凝固以后冷却时，由于焊缝一般含碳量比母材低，所以焊缝的奥氏体向铁素体转变较母材早，此时氢的溶解度急剧降低，大量的氢向仍处于奥氏体的母材热影响区中扩散，由于氢在奥氏体中扩散速度小，在熔合区附近形成了富氢带，含氢量越高，冷裂纹敏感性越大。
（2）滞后相变的热影响区发生奥氏体向马氏体转变的淬硬组织，氢以过饱和状态残存于马氏体中并逐步晶格缺陷等应力集中处扩散聚集，使该处的金属结合强度降低或脆化。钢的淬硬性倾向越大，冷裂纹倾向也越大。
（3）结构的刚性越大，由于焊接时加热引起的拘束应力也越大。同时热影响区相变组织应力共同构成了产生冷裂纹的应力条件。焊接应力越大，冷裂纹敏感性越大。
冷裂纹一般在焊后冷却过程中发生，也可能在焊后数分钟或数天后发生，具有延迟的性质，这可以理解为是氢从焊缝金属扩散到热影响区淬硬区集聚达到某一临界值的时间。在点固焊时，由于冷却速度快，极易出现冷裂纹，必须特别注意。3．再热裂纹倾向 当焊接厚壁压力容器等结构件时，焊后需进行消除应力热处理，对于含铬、钼、钒、钛、铌等合金元素的钢材，在热处理过程中，易在热影响区的粗晶区产生晶间裂纹。有时不仅在热处理过程中发生，也可能发生于焊后再次高温加热的使用过程中。焊接这类高强度低合金钢时，应重视防止再热裂纹问题。防止再热 裂纹的主要措施是尽量选取对再热裂纹不敏感的材料，选择强度较低的焊接材料，提高预热温度和焊接线能量，以及尽量减少焊接接头中的应力集中等。
4．层状撕裂 大型厚板结构件，特别是T型接头，角焊缝处，由于母材轧制时产生的层状偏析（主要是MnS）、各向异性等缺陷，在热影响区或在远离焊缝的母材中产生与钢板表面成梯形平行的裂纹，叫层状撕裂。焊接大厚度钢板角焊缝时，应注意在选材和工艺上防止层状撕裂。5．液化裂纹 液化裂纹是一种热裂纹，某些低合金高强度钢焊接时，可能有液化裂纹倾向，主要是由于母材含杂质量（如S、P和Si等）偏高，能在晶间形成低熔点的复合夹杂物（共晶或化合物）。由于焊接时的高温使近缝区晶间液化，加之随后冷却所出现的焊接应力的作用而引起沿晶开裂。
