钢低温脆性解释.pdf

钢材低温脆性概论 包石磊 江苏沙钢集团淮钢特钢有限公司 总工办 1、前言 2、材料的强度、韧性 3、对韧性的理解 4、强化与韧性的关系 5、影响韧-脆转变的因素 6、钢材强韧化进展及低温钢 开发思路 2、材料的强度、韧性 2.1 强度 材料抵抗变形的能力。原子、离子之间相 互作用，键合与力等。这是材料本身特有的 属性。 2.2 韧性 材料耐疲劳和抗断裂的标志，也是材料从 变形到断裂过程中吸收能量大小的量度，是 材料强度和塑性的综合反映。 韧性—动态性，冲击速度越 快。材料越容易破坏！ 实质：材料的基本单元活动 与变形的能力，原子的活动 能力与温度有关，即韧性具 有温度敏感性 2.3 脆性及脆性转变温度 影响脆性转变温度的因素主 要是：材料的成分和内部组织结 构。 其中成分的选择和设计是开 发新低温韧性钢产品的根本出发 点; 优化内部组织是为了充分挖 掘已有材料低温韧性的潜力。 3、韧性的通俗理解 韧性--材料从变形到断裂所吸收能量大小。这涉及到两个基本 物理参数：材料的强度和形变量。钢的屈服强度取决于位错等缺陷 在塑性变形的难度，微观组织结构或位错本身的相互干扰等阻碍位 错运动的因素都会增高钢的强度，裂纹的形成与材料的屈服强度有 直接的关系，屈服强度越高，裂纹越难形成，及高屈服强度对应着 材料高的裂纹形成功。 材料屈服后位错开动，晶粒中出现塑性滑移带，凡是有利于位 错运动的因素都增大了材料断裂过程所吸收能量，相应的增大了裂 纹扩展功，因而都提高了钢的韧性。如果仅仅从位错运动难易来分 析，则强度和韧性之间存在固有的矛盾。 寻求在钢强韧化的研究成果中有强度和韧性同时显著提高的实 例。 4、强化=脆性？ 4.1材料的屈服与断裂 4.2引起材料破坏的原因 4.2.1外在原因：内部夹杂、裂纹、气体含量 超标及环境腐蚀。 4.2.2内在原因： 成分、组织结构影响； 缺陷：点缺陷：空位、 间隙原子、杂质原子等， 晶格畸变；线缺陷：位错； 面缺陷：晶界、亚晶界、 层错、相界等。材料的薄 弱环节，引起材料的破坏。 4.3强化及对韧性的影响 4.3.1强化理论与实质（为何损失了韧性？） 钢的强韧化取决于钢中晶体缺陷，晶体的缺 陷分为三个层次： 点缺陷（空位、间隙原子、杂质原子等）， 点缺陷--晶格畸变--固溶强化； 线缺陷，主要是位错，位错运动难易。取决 于钢微观组织结构因素及其间的相互作用，运动 受到不同程度的阻碍。凡是使位错运动受到阻碍 的因素都导致钢的强化，利于位错运动的因素增 加塑性； 面缺陷，晶界、亚晶界、层错、相界等。高 能—终止位错—吸附杂质 ? 4.3.2强化方式 ? 1）固溶强化 ? 合金元素以置换或者间隙的形式溶入基体晶格中，由于尺 寸、弹性模量不同以及有序固溶体而导致钢的强化。固溶 强化的实质是溶质原子造成了晶格畸变，晶格畸变能越 大，位错运动阻力越大，抑制位错运动的效果越明显。 ? 2）沉淀强化（析出强化） ? 典型的马氏体时效钢，即先由奥氏体发生同素异型转变为 马氏体，而后在回火或者时效过程在过饱和固溶体中析出 第二强化相质点，强化相质点起到对位错的阻碍作用，从 而起到增强的作用。 ? 3）形变强化（加工强化） ? 形变增殖大量位错，位错的交结塞积钉扎作用增强屈服强 度，同时大大限制了塑性变形，脆性增加。 ? 4）细晶强化 晶界等界面是位错运动的障碍，一般在材料 未达到屈服强度之前，多晶体在某些晶粒的某一 晶面上已经开始滑移，当位错滑移到晶界时受阻 而在晶界处塞积，造成应力集中。如果晶粒越 大，在晶界处塞积的位错数目越多，应力集中越 大，当应力集中到一定数值，便会产生裂纹。反 之，晶粒越细，应力集中效应越弱，裂纹产生需 要更大的载荷。另一方面，晶界处晶粒取向不 同，裂纹扩展到晶界处被迫改变方向或者终止， 这将大大增加裂纹扩展的能量！晶界由于是高能 区域，大量溶质原子和杂质原子常偏聚于晶界， 少量砷、锡、碲、磷会引起沿晶断裂。细化晶 粒，增大晶界面积，减少杂质的偏聚量，降低了 脆性。同理，相界面也能起到阻碍位错运动的做 用，最直接的就是珠光体层间距、马氏体板条宽 度越小强度越高。 ? 4.3.3强化对韧性影响 总结4.3.2强化小节，1）、2）、4） 之所以实现强化的结果，是因为增加了位 错移动的阻力，固溶体、析出相、晶界等 都是位错运动需要克服的阻力