低合金高强度钢在某些国家又称低合金建筑结构钢、低合金焊接结构钢。在我国曾属普通低合金钢范畴。低合金高强度钢的命名最早见之于1950年，根据最先出现的第一代热轧钢种及其实际使用的情况，提出：①合金含量＜4.5%；②屈服强度≥323MPa；③热轧状态下使用；④用于焊接结构的钢为低合金高强度钢。

对这一钢类的探索可追溯到19世纪70年代，在0.4～0.6%、0.5%Si、0.8%Mn的碳素结构钢的基础上，为提高钢的抗张强度和抗大气腐蚀性能，添加1.5～5.0%Cr、Ni、Cu等元素进行合金化，其屈服强度在343～392MPa之间，属于铁素体—珠光体钢，它不具备许多现代用途所需的综合工程性能。第二次世界大战之后，由于焊接技术的推广应用，人们通过降碳、提高Mn/C比、并添加适量的V、Ti、Cu、Cr、Ni等元素来改善钢的韧性和焊接性，同时逐渐认识到较高屈服强度对工程结构材料的重要意义。至50年代，在验证了减小钢的铁素体晶粒尺寸对提高钢的屈服强度和降低延—脆性转变温度的有益作用，在此后的30来年中，相继开发了热处理型（非调质型和调质型）第二代低合金高强度钢、控轧微合金化的第三代低合金高强度钢，及在80年代中后期又形成的新一代控轧控冷微合金钢。世界各主要产钢国低合金高强度钢的产量比例约占钢总产量的10%，在国民经济中日益显示其重要性。

1.主要技术途径

从20世纪60年代末以来，低合金高强度钢的研究取得了重大进展，主要包括如下4项：

（1）降碳　实际上是摒弃了以提高钢中碳含量，牺牲塑、韧性而确保强度的传统。多数的现代工程结构要求低合金高强度钢有较低的碳当量，能适应苛刻的焊接技术要求，对焊缝金属和焊接热影响区的最低缺口韧性和最高硬度有了新的要求，以油气输送管线用钢最为突出，先后开发了微珠光体钢（PRS）、无珠光体钢（PFS）、针状铁素体钢（AFS）和超低碳贝氏体钢（ULCBS）等，取代了传统的热轧铁素体—珠光体钢和淬火—回火状态的回火马氏体钢。在80年代开发的多数新型钢种，其碳含量均在0.05～0.08%，屈服强度为500～700MPa。

（2）微合金化　依靠晶粒细化弥补钢中碳含量降低所损失的强度。为此在低C—Mn钢中添加元素周期表中ⅣB、ⅤB族元素Ti、Zr、V、Nb和ⅣB族元素Mo、Cr、W等，它们在钢中的含量很少，一般仅在0.1%左右，个别限于0.2～0.4%。Nb、V、Ti是强烈的碳氮化物形成元素，同钢中的氧、硫又有极强的亲合力。在钢中主要以MeC、MeN或Me（C、N）形式存在（Me表金属元素）。在C、C—Mn、C—Mn—Mo等钢中添加这些微合金化元素，通过细化晶粒、改变相变动力学以及借助于过饱和状态的脱溶过程，使钢的强度、韧性、工艺性和物理化学性能得到较好的匹配，从而在较大的幅度内调整材料的性能。

微合金化的概念，通常还包括了用以脱硫和控制夹杂物形态的稀土（RE）处理。

微合金化钢属于低合金高强度钢范畴，广义的微合金化钢包括遵循上述强韧化原理进行合金设计的其它钢种。

（3）控制轧制和控制冷却　低碳微合金化钢，尤其是在针状铁素体钢和超低碳贝氏体钢的开发中发现，仅仅抑制γ相再结晶和富化γ→α生核是不够的，为最大限度地细化铁素体晶粒和强化析出效应，发展起了快速冷却通过相变区的热轧工艺。控制冷却的重要性还在于它影响最终组织的微观精细结构的组态，是钢的强韧化最经济而有效的方法。

（4）高纯净度和夹杂物形态控制　钢的延性断裂过程是通过夹杂物、第二相质点或晶粒交界处空洞的生核、长大和聚集过程而断裂的，影响这个过程的冶金因素，一是钢的强化机制和强度水平，一是钢的纯净度，即钢中的氧化物、硫化物和碳氮化物的数量、尺寸形态和分布。为此，提高钢的纯净度以及以减小性能各向异性为目的夹杂物形态控制一直是低合金高强度钢的主要研究课题。

2.低合金高强度钢的生产

低合金高强度钢的生产流程和工艺对其加工和使用性能影响甚大，尤以冶炼工艺最为明显。

（1）严格的原料要求　炼钢原料只许较窄的成分偏差，以提高钢水的纯净度，控制钢中有害元素的含量（Pb、Sn、As、Sb、Bi）。

铁水预处理是一种获得低硫、低磷铁水的方便又经济的冶金方法，一次处理可使铁水中硫含量降至0.015%左右，二次脱硫一般可降至0.003%，考虑到废钢的带入和转炉冶炼特点，可轻易炼出硫含量0.005%的成品钢。此外，还要求脱磷和脱硅。(www.daowen.com)

（2）转炉冶炼　除特殊用途的部分钢种外，多数低合金高强度钢均可采用顶底复合吹转炉冶炼，这是一种既可得到低硫、后期又可实现降碳和脱磷的方法。转炉钢的碳含量可控制在0.02～0.03%，而渣中的铁含量处于很低的水平。

（3）钢包精炼　根据不同的用途，采取电磁搅拌（EMS）吹氩（AOD）、喷吹（TN、SL等）或真空脱气（RH、DH等）等工艺手段，以实现脱气、成分均匀化和合金化、夹杂物形态的变性处理。

钢包精炼的现代先进水平，可以达到S＜0.001%、P＜0.005%、N＜0.003%、O＜2～3ppm和H＜1ppm。

（4）连铸　低合金高强度钢采用连续浇铸可以与转炉冶炼高产量、短出钢周期相适应和提高收得率。连铸坯的一次冷却主要涉及横向裂纹形成的可能性，而二次冷却不良会引起钢坯心部C、S、P和其它元素的偏析，对钢的加工性能和力学性能十分不利。要求连铸时低的过热、缓慢浇铸和适宜的二次冷却，可获得均匀的凝固组织。如果采用低频率、高质量的电磁搅拌，则可有利于扩大等轴凝固组织。如果采用低频率、高质量的电磁搅拌，则可有利于扩大等轴凝固区。

3.低合金高强度钢的应用

低合金高强度钢的应用几乎涉及国民经济的各个基础工业领域，以如下三类为例：

（1）油气管线用钢　大口径油气管线用低合金高强度钢的开发，充分应用了冶金学和断裂力学的前沿成果，保证了管线最终结构的高质量。现在管线钢生产的实践已领先于原定管线标准和规范。根据管线钢的主要性能要求，合金设计通常遵循如下的原则：①要求合金元素和显微组织参量在提高钢的屈服强度同时，力求减少脆性转折温度的增量；②要求较高的M5点，较低的液析溶质含，最低限度的非金属夹杂物含量；③通过添加钙和稀土金属进行硫化物形态控制，以取得良好的成型性和较小的力学性能各向异性。

（2）汽车用钢　汽车工业广泛地使用低合金高强度钢制造大梁、托架等结构件。主要使用4种：①较低强度的低合金钢。σs255～345MPa，具有较好的冲压性能；②通过微合金化和硫化物夹杂形态控制的钢，σs276～552MPa，改善了横向塑性和可成形性；③σs276～552MPa的双相钢，冷轧钢在临界区连续退火及快速冷却处理后，具有高应变硬化能力；④冷轧后通过消除应力退火，获得σs552～965MPa级别的超高强度钢。

从冶金技术方面来看，汽车用的低合金高强度钢应力求超低硫、均匀化和最小的方向性，研究的主要方向是探讨连续退火工艺，而不强调钢的微合金化。

（3）低合金高强度厚钢板　已开发的适应于不同用途的新钢板，主要有3种：

①热轧型厚钢板　不必热处理而具有相当于正火钢性能的热轧钢，如美国的ASTM A808、加拿大的TARTAN、日本的Welten60R以及中国的HG60、HW6·R钢。这些含有微量的Nb、V或Nb—V复合的C—Mn钢，广泛用于挖掘机械的铲臂、铲斗及推杆。在0.13C—1.5Mn—0.01Ti成分的基础上添加0.03～0.13V和0.01～0.02N（均为wt%）、由连铸坯生产的厚板钢，引入并发展了微合金化和控制轧制的原理，采取高温再结晶轧制和轧后快速冷却，其微观机制是预析的（Ti/V）N经V（C/N）外延沉淀而长大的程度将减弱，而代之以细小弥散分布的V（C、N）。加速冷却工艺与形变热处理工艺、常化处理工艺相比较，还可以降低焊接的预热温度而不致于产生焊接裂纹。

②沉淀硬化型的高强度厚板　在成分为0.7/1.0Ni～0.15/0.25Mo钢中添加1.0/1.3Cu（均为wt%），利用了铜在钢中的沉淀硬化是这类钢合金设计的特点。但必须采取热成型、常化或淬火—回火热处理来达到不同等级强度和韧性的综合指标，这种沉淀硬化型高强度钢在美国已用于工程机械（ASTMA710A）和压力容器（A736）。在合金化方面，Cr、Mo的添加由于抑制γ→α转变，阻止在轧制或奥氏体化后冷却过程中铜的过早沉淀，且用以减小厚度对强度的敏感性。这类钢具有优良的低温韧性。

③淬火—回火型高强度钢板　对于要求抗张强度700MPa以上，50～75mm，甚至达125～175mm厚板的生产，只能借助于淬火—回火热处理。大型露天矿的挖掘机、电动轮自卸车，尤其是钻井平台的支架及其连接板，要承受各种苛刻条件下的焊接，易于发生层状撕裂。影响这类钢性能的主要因素是钢的化学成分，为此要严格控制钢的硫含量：添加硼以提高淬透性；由于钢中C—Si的相互作用，在硅富集处易产生高碳含量的显微结构，为此应使Si＜0.3%；此外，减少磷含量是改善基材和焊缝低温韧性的重要措施。