低合金超高强度钢的元素及化学成分的详细解析
调质结构钢的基础上发展起来的就是我们所说的低合金超高强度钢，在钢中加入少量的多种合金元素，使钢固溶强化并提高钢的淬透性与马氏体回火稳定性。主要合金元素是锰、铬、硅、镍、钒等，其他结构用钢也是其他的合金结构钢之一，其合金元素总含量一般不超过5%。这类钢与一般合金结构钢相比，除钼吉量稍高外，其它元素基本上无多大差别，大致可分为铬钼钢、铬镍钼钢、铬锰硅钢、铬锰硅镍钢、硅锰钼钒钢等几个钢系。合金结构钢含碳量一般为0.27%～0.50%。最终热处理一般是淬火加低温回火或淬温淬火。
使用状态下的组织是回火马氏体或下贝氏体，其强度主要取决于钢中含碳量或者说马氏体或者说马氏氏体的碳浓度，研究表明，超高强度钢的抗拉强度与含碳量呈直线关系：σb = (294×C%+82) X9.8HPa式中，c%表示钢中碳含量，适用范围为0.30～0.50%。按公式计算，当碳含量为0.30%时。
钢的强度在1700MPa左右：碳含量为0.40%时，强度为2000MPa左右，若碳含量高到0.50%时，钢的强度接近230DMPa。含碳量对钢性能的影响是非常显著的。随着含碳量增加，强度虽大大提高，但其塑性和韧性也明显降低，工艺性能（如加工性，焊接性等）也随之恶化，因此碳含量一般不超过0.50%。
低合金超高强度钢通常在低温回火状态下使用，因此改善回火马氏体的韧性和塑性，对降低缺口敏感性有着重要的意义。为了提高回火马氏体的塑性和韧性，通常在钢中加入镍、少量铬和硅，尤其在钢中加入l – 2%的硅能使钥产生低温回火脆性的回火温度范围移向更高的温度，所以现在发展的低合金超高强度钢中一般都加有1% -2%硅，300M钢就是典型的事例。钢中加入适量的钒、饮、铌等能细化奥氏体晶粒，因而可细化马氏体组织，改普回火马氏体的韧性，在低合金超高强度钢中常加入一定量的铝，也有改善回火马氏体韧性和塑性的作用，因为钼能破坏碳化物薄膜的连续性。
低合金超高强度钢是超高强度钢中发展最早的一类，它的生产成本低廉，生产工艺比较简单、用量大主要用于航空占超高强度钢总产量的大部分，主要是将低合金超高强度钢的发展状况一一分解。
国外低合金超高强度钢总体可归纳为欧美系列和俄罗斯（前苏联）系列，欧美系列又以美国钢号为主。表1和表2分别为欧美和俄罗斯常用的低合金超高强度钢的牌号及化学成分。
表1 欧美国家常用低合金超高强度钢化学成分
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钢种
|
化学成分%
|
|||||
|
C
|
Mn
|
Si
|
Ni
|
Cr
|
Mo
|
|
|
AIS14340
300M
D6AC
4330Si
4330V
HY-TUF
35NCD16
|
0.38-0.43
0.40-0.45
0.42-0.48
0.27-0.33
0.28-0.33
0.23-0.28
0.30-0.40
|
0.6-0.9
0.6-0.9
0.6-0.9
0.6-0.8
0.65-1.00
1.20-1.50
0.15-0.55
|
0.20-0.35
1.45-1.80
0.15-0.30
0.40-0.70
0.15-0.35
1.30-1.70
0.10-0.40
|
1.65-2.00
1.65-2.00
0.40-0.70
1.85-2.25
1.65-2.00
0.35-0.45
0.30-0.60
|
0.70-0.90
0.70-0.95
0.90-1.20
1.00-1.35
0.75-1.00
0.20-0.40
1.50-2.00
|
0.20-0.30
0.30-0.50
0.90-1.10
0.35-0.55
0.35-0.50
0.35-0.45
0.30-0.60
|
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