4.2.2　低合金钢

1. 分类

合金元素的总量小于5%的合金钢称为低合金钢。低合金钢是相对于碳钢而言的，它是在碳钢的基础上，为了改善钢的一种或几种性能，而有意向钢中加入一种或几种合金元素获得的。当加入的合金量超过碳钢正常生产方法所能获得的一般含量时，称这种钢为合金钢。当合金总量小于3.5%时称为低合金钢，合金含量在5%～10%之间的称为中合金钢，合金含量大于10%的称为高合金钢。

低合金钢可分为以下几种。

（1）高强度钢：屈服强度为309～700MPa。

（2）低温用钢：温度为-40～105℃，用于制氧及乙烯装置。

（3）耐蚀用钢：耐海水用钢，耐大气腐蚀用钢，抗氨、抗氮用钢等。

（4）钢轨用钢：含Mn、Si、Cu，提高合磷量可提高耐大气腐蚀的性能。

（5）耐磨用钢：用于农机、矿山机械、建筑机械等。

2. 腐蚀的基本原理

耐蚀低合金钢是在碳钢的基础上添加少量多元合金元素而形成的。合金元素的添加主要是为了改善钢在不同腐蚀环境中的耐蚀性，但同时也会对钢的力学性能和工艺带来较大的影响。

3. 耐蚀性

耐大气腐蚀的低合金钢也称为耐候钢。这类钢的大气腐蚀过程是在水膜存在下，空气中的氧通过锈层进行电化学反应的过程。锈层由疏松的FeOOH外锈层和Fe3O4与FeOOH混合物的内锈层构成。钢中的合金元素主要是通过影响内锈层而起作用的。研究表明，耐大气腐蚀的低合金钢具有较高的耐蚀性，它不仅与内锈层致密度、晶粒度较小和阻抗较大有关，而且与Cu、P、Cr等合金元素在非晶内锈层富集有关。普通碳钢锈层中不存在具有保护作用的致密性非晶体，因而腐蚀速率较快。

耐海水腐蚀低合金钢中的W、Al、Cu、P等合金元素，在腐蚀过程中会以难溶性金属盐（FeWO4）的形式沉积在活性阳极区，对局部腐蚀有自修补作用，阻滞阳极反应进行，使钢的局部腐蚀得到不同程度的减轻。钢中的Cu、Ni等合金元素可以使锈层进一步致密化，提高保护作用，或者对非晶态Fe3O4锈层的形成有促进作用，也可使腐蚀速率减小。

常用的耐海水腐蚀低合金钢有Mariner、10CrMnAl、10NiCuAs、08PVRE、12Cr2MoAlRE等。其中，国产的10CrMnAl耐海水腐蚀低合金钢已广泛用于海水生产管线。日本研制了Mariloy系列钢，如MariloyP50钢，适用于飞溅区，高铬的MariloyS钢适用于全浸，含硅、铬、钼、铜的MariloyT50不仅适用于飞溅区，也适合在海水中使用，是目前综合性能较好的耐海水腐蚀低合金钢。低合金钢在海洋大气中的腐蚀情况如表4-5所示。

表4-5　低合金钢在海洋大气中的腐蚀情况（在北卡罗来纳州海滨处暴晒15.5年）

续表