低合金高强度钢 16锰

本书为《低合金高强度钢 16锰》，冶金工业部钢铁研究院著，1959年出版。本次仅见前20页，主要包括前言及正文第一部分“对低合金高强度钢性能的基本要求”、第二部分“各种元素对低合金高强度钢性能的影响”、第三部分“低合金高强度钢的冶炼和浇铸”的开头。

前言说明，随着工业交通和科学技术的发展，一般碳素钢已不能满足重大建筑结构和新型机器设备的需要；近年来世界各国都在大量发展低合金高强度钢，因为它不仅强度高，屈服强度比一般碳素钢高百分之五十以上，耐腐蚀性能好，时效倾向小，并且具有良好的焊接性能。生产低合金高强度钢一般都是利用矿石或废钢中残余合金元素如铜、磷、镍、铬等，或者加入一些供应方便价格低廉的合金元素如硅、锰等，不需要消耗大量贵重合金；对于厚度较小的钢材，轧后便可直接使用，一般不需要经过复杂的热处理工序，因而成本低、生产过程简单，适合于大量生产条件。前言还列举低合金高强度钢在车辆制造、船舶制造、石油工业、起重运输设备、农业机械、大跨度桥梁及重要建筑结构等方面的应用，并说明苏联1957年颁布的ГОСТ 5058—57列有24个钢种，其他国家牌号总计约在百种以上。前言述及我国从1957年起首先在鞍钢及太原钢厂试制成功苏联钢号“25锰硅”高强度钢筋及“30钛”汽车纵梁用钢板；随后鞍钢及上钢等厂先后掌握民主德国钢号ST 52（16锰）的生产工艺，“16锰”试制成功并投入生产后，不仅解决了汽车纵梁及高压反应筒的钢材问题，也为建筑结构增加了一个新的钢种；1959年为制造大型货轮需要，又开始进行“16锰铝”及“16锰铝钛”的生产试制工作。前言还叙述1956年金属研究所曾系统研究硅、锰、铜、钼、钛、磷等元素对低合金高强度钢机械性能的影响，在Si-Mn-Cu、Mn-Si-Cu-P、Si-Mn-Cu-P-Mo三个系统中确定屈服强度达到35公斤/毫米²以上时的成分范围，并在大冶钢厂分别用平炉及转炉进行半生产试验；1958年钢铁研究院、鞍钢与第一汽车厂合作进行“16锰”生产试制并建立制造过程全部技术规程；建筑科学院、焊接研究所、铁道科学研究院、钢铁研究院、大连造船厂及大连工矿车辆厂等对“16锰”焊接性能进行系统工作，找到适宜焊条并制订工艺规程；上海材料研究所与上海钢厂等单位对“16锰”、Mn-V-Ti及Si-Cr-Mo-V-Cu等钢号作对比试验；冶钢所与大冶钢厂进行Mo-B钢试验。前言指出，研究结果认为“16锰”在正火状态，Mn-V-Ti及Mo-B钢在轧制状态都具有良好可焊性，可分别用作不同强度的造船用钢板；钢铁研究院进行加铝改善“16锰”钢低温冲击韧性的试验，并与鞍钢合作进行“16锰铝”生产试制，与上海材料研究所等单位合作完成“16锰铝”低温冲击韧性及焊接性能检验；在1958年召开的船舶车辆专业用钢会议上它被采纳为船板用钢种；为提高“16锰铝”强度以适应大型货轮要求，1959年钢铁研究院与鞍钢又进行“16锰铝钛”试验研究，研究不同含铝量、含钛量以及调整碳、硅、锰成分、改变工艺过程对该钢机械性能的影响；初步结果指出“16锰铝”适合于作为屈服强度不小于35公斤/毫米²的钢种，“16锰铝钛”适合于作为屈服强度不小于40公斤/毫米²的钢种，两个钢种已被采纳列入部颁标准草案。前言最后说明，为纪念我国国庆十周年，收集各研究单位和生产使用工厂的一些研究试验报告，归纳整理编成这本小册子。

正文第一部分“对低合金高强度钢性能的基本要求”指出，低合金高强度钢必须具有比一般碳素钢优良的性能；对于大量工程用钢来说，性能至少应包括强度、塑性、韧性、冷脆倾向性、时效倾向性、疲劳强度、焊接性能、耐腐蚀性能和冷热加工性能。书中分别说明：强度性能包括屈服强度和抗张强度，低合金高强度钢屈服强度最低应为34—36公斤/毫米²，相当于碳素钢“钢三”的1.5倍，抗张强度最低应为48—63公斤/毫米²；塑性一般用延伸率和断面收缩率衡量，长试棒延伸率（δ₁₀）最低值应不小于18%，断面收缩率应不小于50%；韧性一般测定冲击韧性，常温（+20℃）时横向应不小于6公斤·米/厘米²，纵向应不小于3公斤·米/厘米²；冷脆倾向性要求保证结构能在低温下工作，一般测定-40℃时金属变脆情况，-40℃时冲击韧性值比+20℃时降低应不超过50—60%，绝对值应不小于3—4公斤·米/厘米²；时效倾向性一般用经人工时效（拉伸或压缩10%，在250℃保持1小时）以后冲击韧性的降低来估价，降低不应超过40—50%；疲劳强度一般约为抗张强度的50%左右；焊接性能要求保证焊接后不产生裂纹、焊接结构有良好机械性能、焊接工艺简便易行；耐腐蚀性能要求比碳素钢较好，用厚度表示时每年腐蚀厚度不应大于0.025毫米，在海水中每年不应超过0.04毫米；加工性能要求经切削加工、冷热压力加工特别是局部加热变形以后性能不应显著降低，尽可能不采用特殊热处理，切削加工不应要求特别刀具，也不应显著降低加工速度。

正文第二部分“各种元素对低合金高强度钢性能的影响”分别讨论碳、锰、硅、磷、硫、铝、钛、铜、铬、镍等元素对屈服强度、抗张强度、屈服比、塑性、冲击韧性、冷脆倾向性、时效倾向性、疲劳强度、焊接性能和耐腐蚀性能等的影响，并列表归纳各元素对低合金高强度钢性能的影响。文中指出碳几乎对所有性能都有影响，随碳含量增加屈服强度、抗张强度和疲劳强度均提高，但塑性和韧性降低，冷脆倾向性和时效倾向性提高，含碳量超过0.23%时焊接性能变坏，用于焊接结构的低合金高强度钢含碳量一般不宜超过0.2%；锰在低合金高强度钢中最常用，能提高强度，当锰含量增加时屈服强度和抗张强度提高相差不多，屈服比几乎不改变，但塑性略有降低；硅显著提高抗张强度和弹性极限，而屈服强度提高较少，随硅含量增加屈服比降低；磷对钢的强化作用仅次于碳，能提高屈服比，但显著降低冲击韧性特别是低温冲击韧性，显著提高临界变脆温度，增大冷脆倾向性，其有利作用表现在能大大提高抗大气腐蚀性能；硫是钢中有害元素，会引起热脆性；铝一般作为脱氧剂加入，主要作用表现在能显著提高钢在常温时的冲击韧性、降低冷脆倾向性和时效倾向性；钛是强烈脱氧剂，加入少量钛能显著提高屈服强度而抗张强度提高较少，能降低冷脆倾向性和时效倾向性，细化晶粒，减少硫的偏析，提高晶粒长大温度，小于0.2%时能改善焊接性能，加入少量钛能显著改善耐海水腐蚀性能；铜能提高钢的强度，而且屈服强度增加比抗张强度多，因此屈服比增高，能提高低碳钢冲击韧性，但含铜钢有较大冷脆倾向性，铜能显著提高耐腐蚀性能特别是耐大气腐蚀性能；铬对低碳钢强化作用不大，能提高常温低温冲击韧性，减少冷脆倾向性，显著提高耐大气腐蚀性能；镍对低碳钢强化作用不大，能提高冲击韧性，显著降低临界变脆温度，减少冷脆倾向性，降低晶粒长大和过热敏感性，提高抗大气腐蚀、海水腐蚀和某些酸腐蚀性能。文中还强调钢的性能最终不是决定于化学成分，而是决定于钢的组织，影响组织的除化学成分外还有很多工艺因素，化学元素对性能的影响不是绝对的一成不变的，而是和一定工艺条件相适应。

正文第三部分“低合金高强度钢的冶炼和浇铸”开头指出，低合金高强度钢属于优质钢类别，其生产与普通碳素钢生产的区别不仅在于多加一些合金元素，而要采取一系列措施以保证优质钢的特殊要求；一般至少满足有害元素磷、硫达到尽可能低限度，非金属夹杂以及氮、氢、氧含量尽量少，钢必须很密实、均匀、表面没有缺陷，并保证化学成分准确。书中说明低合金高强度钢可以在电炉、酸性或碱性平炉中冶炼，最近用转炉冶炼也逐渐得到发展；以前认为优质合金钢只能在电炉或小平炉里冶炼，这种保守主义教条已被生产实践推翻；苏联先进经验证明在大平炉里（185吨）完全可以炼出优质低合金钢，我国鞍钢用300吨大平炉冶炼成功的低合金高强度钢如16锰、16锰铝等是又一范例。书中还讨论转炉炼钢的质量改进，指出老的空气底吹冶炼方法使钢中溶解较多氧和氮，为去除氧必须加入大量脱氧剂，增加非金属夹杂含量，氮一部分在冷却时分离出来形成气孔，另一部分溶解在钢中且不稳定，温度变化时分布相应变化从而影响钢的性能；为改进转炉钢质量，近年来将酸性改为碱性炉衬、改进炉型及渣制度与温度制度、侧吹代替底吹、改善脱氧方法、混合炼钢、用氧气代替空气、加入元素将氮结合成稳定氮化物等，取得很大成效，并证明某些性能在转炉和平炉里一样可以炼成优质低合金钢；我国上海钢铁公司在3吨侧吹涡鼓型转炉中曾冶炼过低合金高强度钢“16锰”及“16锰铜”，性能检验表明完全达到要求。书中还述及平炉冶炼低合金高强度钢要在热效率高的平炉中进行，炉子热效率高才有可能造高碱度、流动性好的熔渣，有利于去除有害杂质磷和硫；只有渣子好、温度高才能使熔池具有强烈沸腾，排出金属中有害气体和非金属夹杂，因此冷修后头两三炉不宜于炼这种钢，热修或烧补炉底后头一炉也最好不要炼低合金高强度钢；对加入原料的量和质应严格控制，加入炉内的金属和矿石要过秤以保证化学成分准确，炉料清洁与干燥对保证钢的质量有很大意义，废钢不要用带锈的，不要混入有色金属，石灰要新鲜干燥，禁止使用粉末，其他矿石、铁矾土、铁合金等最好事先烘烤，铁合金一定要经过分析和仔细过秤；加冷料、兑铁水和熔化进行对钢的质量虽不起直接影响，但这两个阶段进行正常与否对整个冶炼过程影响很大，熔化期间应及时放渣，时间应尽量缩短；为保证精炼正常进行和熔池强烈沸腾，熔化完毕……本次仅见前20页，后续内容待补。