合金结构钢的分类和性能
合金结构钢的分类
低合金结构钢中合金元素总的质量分数一般不超过5%以提高钢的强度并保证其具有一定的塑性和韧性。合金元素总的质量分数为5%~10%的称为中合金钢，大于10%的称为高合金钢。对于焊接生产中常用的一些合金结构钢，综合考虑了它们的性能和用途后，大致可以分为强度用钢和低中合金特殊用钢两大类。
1.强度用钢
这类钢材即通常所说的高强钢〔屈服强度≥95MPa的强度用钢均可称为高强钢），主要应用于要求常规条件下能承受静载和动载的机械零件和工程结构，要求具有良好的力学性能。合金元素的加人是为了在保证足够的塑性和韧性的条件下获得不同的强度等级，同时也可改善焊接性能。
合金结构钢可以分为非调质钢和经过淬火—回火的调质钢。非调质钢又可分为热轧钢、正火钢和控轧钢等。非调质钢的常温抗拉强度一般在600MPa以下.调质钢的抗拉强度在600MPa以上。根据调质、非调质钢强度级别的差别，这两类钢材的焊接性、焊接工艺和接头性能有很大的不同。
按钢的屈服强度级别及热处理状态.合金结构钢分为：热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢。把钢锭加热到1300℃左右，经热轧成板材，然后空冷后即成为热轧钢；钢板轧制和冷却后，再加热到900℃附近，然后在大气中冷却称为正火钢。此外，900℃附近加热后放人淬火设备中水淬，然后在600℃左右回火处理，称为调质钢（QT）。采用控制钢板温度和轧制工艺得到高强度高韧性钢的方法已达到实用化阶段，这种方法称为控轧。
近年来这类钢又开发出具有很大发展前途的新分支，如微合金化控轧钢、焊接无裂纹钢（简称CF钢）、抗层状撕裂钢（z向钢）等。这些钢种的出现对进一步提高焊接质量和扩大焊接结构的应用具有重要的意义。
（1）热轧及正火钢屈服强度为295~490MPa，在热轧或正火状态下使用，属于非热处理强化钢。包括微合金化控轧钢、抗层状撕裂的Z向钢等。这类钢广泛应用于常温下工作的一些受力结构，如压力容器、动力设备、工程机械、桥梁、建筑结构和管线等。
（2）低碳调质钢屈服强度为490~980MPa，在淬火一回火的调质状态下供货使用，属于热处理强化钢。这类钢的特点是含碳量较低（一般碳的质量分数为0.22%以下），既有高的强度，又兼有良好的塑性和韧性，可以直接在调质状态下进行焊接，焊后不需进行调质处理。这类钢在焊接结构中得到了越来越广泛的应用，可用于大型工程机械、压力容器及舰船制造等。
（3）中碳调质钢屈服强度一般在880~1176MPa以上，钢中含碳量较高（碳的质量分数为0.25~0.5%），也属于热处理强化钢。它的淬硬性比低碳调质钢高得多，具有很高的硬度和强度，但韧性相对较低，给焊接带来了很大的困难。这类钢常用于强度要求很高的产品或部件，如火箭发动机壳体、一飞机起落架等。
2.低中合金特殊用钢
低中合金特殊用钢主要用于一些特定条件「工作的机械零件和工程结构。因此.除了要满足通常的力学性能外，还必须能适应特殊环境下工作的要求。根据对不同使用性能的要求，低中合金特殊用钢分为：珠光体耐热钢、低温钢和低合金耐蚀铆等。
（1）珠光体耐热钢以Cr、Mo为基础的低中合金钢，随着工作温度的提高，还可加人V、W、Nb、B等合金元素，具有较好的高温强度和高温抗氧化性，主要用于工作温度在500~600℃的高温设备，如热动力设备和化工设备等。
（2）低温钢大部分是一些含Ni或无Ni的低合金钢，一般在正火或调质状态使用，主要用于各种低温装置（－40~－196℃）和在严寒地区的一些工程结构，如液化石油气、天然气的储存容器等。与普通低合金钢相比，低温钢必须保证在相应的低温下具有足够高的低温韧性，对强度无特殊要求。
（3）低合金耐蚀钢除具有一般的力学性能外，必须具有耐腐蚀性能这一特殊要求。主要用于在大气、海水、石油化工等腐蚀介质中工作的各种机械设备和焊接结构。由于所处的介质不同，耐蚀钢的类型和成分也不同。耐蚀钢中应用最广泛的是耐大气和耐海水腐蚀用钢。
合金结构钢的基本性能
1.化学成分
低合金结构钢是在低碳钢基础上添加一定量的合金元素构成的。碳是最能提高钢材强度的元素，但易于引起焊接淬硬及焊接裂纹，所以在保证强度的条件下，碳的加人量越少越好。低合金钢加人的元素有Mn、Si、 Cr、 Ni、Mo、V、 Nb、 B、Cu等，杂质元素P， S的含量要限制在较低的程度。
用于焊接结构的低中合金钢合金元素总的质量分数一般不超过10%。Si 、Cr、 Co 和Ti等元素能提高下临界点A L的温度，而Mn、 Ni和V则降低A L点温度。合金元素对组织转变的影响： Ni组元素（Ni、Mn、Co），Cr组元素（Cr，、Si 、P、Al、Ti、V、Mo、W）。在α-Fe中具有较大溶解度的元素促使γ区缩小，而在γ-Fe 中具有较大溶解度的元素则扩大下区。各种合金元素对钢材质量的影响程度不仅取决于它的含量，还取决于同时存在的其他合金元素的性质和含量。
加人合金元素能细化晶粒，而且各种合金元素在不同程度上改变了钢的奥氏体转变动力学，直接影响俐的淬硬倾向。如C, Mn, Cr, Mn, V,和Si等元素能提高钢的淬硬倾向，而Ti 、Nb、Ta等碳化物形成元素则降低钢的淬硬倾向。
合金结构钢中，氮作为一种合金元素被广泛采用。氮在钢中的作用与碳相似，当它溶解在铁中时，将扩大了γ区。氮能与钢中的其他合金元素形成稳定的氮化物，这些氮化物往往以弥散的微粒分布，从而细化晶粒，提高钢的屈服点和抗脆断能力。氮的影响既决定于其含量，也决定于在钢中存在的其他合金元素的种类和数量。Al 、Ti和V等合金元素对氮具有较高的亲和力，并能形成较稳定的氮化物。因此，为了充分发挥氮作为合金元素的作用，钢中必须同时加人Al、V和Ti等氮化物形成元素。
这些合金元素或者与Fe形成固溶体，或者形成碳化物（除Ti、Nb和Ta外），都产生了延迟奥氏体分解的作用并由此提高了钢的淬硬倾向。各种元素对钢的力学性能和工艺性能的影响，取决于它的含量和同时存在的其他合金元素。
热轧及正火条件下，合金元素对塑性和韧性的影响与其强化作用相反，即强化效果越大，塑性和韧性的降低越多，当钢中合金元素的含量超出一定范围后会出现韧性的大幅度下降。因此，抗拉强度大于600MPa的高强钢一般都需进行调质处理。我国低碳调质钢的抗拉强度一般为600~1300MPa，为了保证良好的综合性能和焊接性，要求钢中碳的质量分数不大于0.22%（实际上碳的质量分数都在0.18%以下）。此外，添加一些合金元素，如Mn、Cr、Ni、Mo等，主要是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性。这些元素可以推迟珠光体和贝氏体的转变，使产生马氏体