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基本信息
| 中文名 | 冷脆性 |
| 外文名 | cold brittleness |
| 定義 | 金屬材料在低溫下呈現(xiàn)的脆性 |
| 類型 | 冶金術(shù)語 |
| 對象 | 金屬材料 |
| 上限溫度 | 韌脆轉(zhuǎn)變溫度 |
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概述
隨著溫度的降低，大多數(shù)鋼材的強(qiáng)度有所增加，而韌性下降。金屬材料在低溫下呈現(xiàn)的脆性稱為冷脆性。材料由延性破壞轉(zhuǎn)變到脆性破壞的上限溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。為防止發(fā)生低溫脆性破壞，鋼材的最低允許工作溫度就應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度的上限。
值得一提的是，具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)的奧氏體不會發(fā)生低溫脆性，因?yàn)闇囟冉档蜁r奧氏體會向鐵素體轉(zhuǎn)化，進(jìn)而生成鐵素體和滲碳體分層分布而成的珠光體，而體心立方晶格的鐵素體會發(fā)生低溫脆性。
磷是引起鋼產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象的一個元素，因?yàn)樗阡撝行纬纱嘈院艽蟮幕衔锪谆F（
）。
冶金因素影響
鋼材的冶煉方法、淬透性、金相組織、晶粒大小、化學(xué)成分和強(qiáng)度性能… …等冶金因素都影響鋼材的低溫沖擊性能(脆性破壞傾向)，上述各種因素會影響鋼材的室溫沖擊吸收功和鋼材的韌脆轉(zhuǎn)折溫度。
（1）鋼材冶煉時脫氧情況對低溫沖擊性能的影響
韌脆轉(zhuǎn)折溫度的影響
（2）鋼板終軋溫度的影響
用成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為C：0.20%、Mn：0.68%的半鎮(zhèn)靜鋼從101.6mm(4in)的板坯熱軋成厚度為20.32ram(0.8in)鋼板，熱終軋溫度對V形缺口試樣沖擊吸收功為20.34J和切斷斷口為50%的標(biāo)準(zhǔn)測定的韌脆轉(zhuǎn)折溫度的影響示如右圖所示。
從右圖看出：終軋溫度為787℃時，其韌脆轉(zhuǎn)折溫度低于終軋溫度高的，終軋溫度高時，
為20.34J時測定的韌脆轉(zhuǎn)折溫度約為1.5℃，而在最后3個道次在低溫軋制時，其韌性轉(zhuǎn)折溫度為-15℃。
（3）取樣方向的影響
取樣方向的影響
鋼板軋制時的軋制規(guī)程也影響其方向性，如果鋼板是往復(fù)軋制，在兩個方向有相同的壓下量，則縱向和垂直向兩個方向的沖擊性能將幾乎相等。
缺口平行于鋼板表面的試樣品(橫向)沖擊試驗(yàn)時吸收的能量大于缺口垂直于鋼板表面的試樣。韌脆轉(zhuǎn)折溫度似乎與樣品方向無關(guān)，在試驗(yàn)溫度高時，方向不同的試樣沖擊吸收功差別較大，而在溫度低時，它們的沖擊吸收功相差很小，幾乎重合。
（4）加工硬化的影響
加工硬化的影響
（5）金相組織對鋼材脆性破壞傾向的影響
關(guān)于金相組織對鋼材脆性破壞傾向的影響，文獻(xiàn)上有很多數(shù)據(jù)。
用Cr-Mo鋼經(jīng)過熱處理得到粗珠光體、細(xì)珠光體、上貝氏體、下貝氏體和馬氏體組織，回火處理后，進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn)，了解金相組織對低溫沖擊韌性的影響。試驗(yàn)用鋼的成分如右圖所示。試驗(yàn)結(jié)果列于下表。
爐號 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo | Al | N |
B657 | 0.27 | 0.16 | 0.56 | 0.011 | 0.025 | 1.99 | 0.49 | 0.004 | 0.007 |
B658 | 0.25 | 0.16 | 0.56 | 0.12 | 0.025 | 2.08 | 0.50 | 0.006 | 0.007 |
不同的強(qiáng)度水平比較韌脆轉(zhuǎn)折溫度
從上述試驗(yàn)結(jié)果看出：馬氏體經(jīng)高溫回火得到的索氏體組織其韌脆轉(zhuǎn)折溫度最低，脆性破壞傾向最小。細(xì)珠光體的韌脆轉(zhuǎn)折溫度比粗珠光體的低。上貝氏體的強(qiáng)度較高時，其韌脆轉(zhuǎn)折溫度比珠光體的還高，但回火到與珠光體的抗拉強(qiáng)度相同時，其韌脆轉(zhuǎn)折溫度比珠光體的低。
（6）晶粒大小的影響
鋼材熱處理時一般是先加熱得到奧氏體組織，然后以不同方式冷卻得到所需要的組織和性能，鋼材加熱到高溫時得到的奧氏體的晶粒大小對處理后的低溫沖擊性能有顯著的影響，硬度和強(qiáng)度相同時，細(xì)晶粒比粗晶粒具有較高的室溫沖擊值和較低的韌脆轉(zhuǎn)折溫度。
（7）化學(xué)成分對脆性破壞傾向的影響
化學(xué)成分中以碳的影響最為顯著。碳是明顯促使鋼脆化的元素，隨著鋼中碳含量的增加，韌脆轉(zhuǎn)折溫度升高，沖擊性能隨溫度的變化趨于平緩。碳含量越高，鋼材的脆性破壞傾向越大。
（8）淬火后回火溫度對脆性破壞傾向的影響
回火溫度升高、硬度降低會使室溫的沖擊功增高、韌脆轉(zhuǎn)折溫度降低。回火溫度低、硬度高時，室溫和低溫的沖擊吸收功變化不大，數(shù)值都很低。
減小冷脆性途徑
既然影響鋼的冷脆性的因素是多方面的，那減小鋼的冷脆性的途徑無疑也將是多方面的。因此，這需要設(shè)計(jì)者金屬學(xué)者的密切配合。一方面，冶金工作者和金屬學(xué)者共同研究和生產(chǎn)出冷脆傾向較小的綱材，另一方面，建筑的設(shè)計(jì)者及施工者要合理地使用這些鋼材。
從鋼的生產(chǎn)方面
冶金工作者對綱材進(jìn)行正確的生產(chǎn)和加工過程，而設(shè)計(jì)者及施工者正確地、合理地使用程不同生產(chǎn)加工過程的鋼材，乃是減小綱材冷脆傾向的重要而可行的途徑之一。
生產(chǎn)和使用用硅充分脫氧的鎮(zhèn)靜鋼，特別是用硅補(bǔ)充脫氧的鎮(zhèn)靜鋼，乃是減小建筑秸構(gòu)鋼材冷脆傾向的十分有效且簡而易行的途徑，但使鋼材的成本略有提高。
在鋼材的熱軋時，只要避免鋼材停軋溫度過高和太低，就可相應(yīng)地避免魏氏組織的形成和部分的、不均勻的加工硬化的產(chǎn)生，因而就會減小鋼材的冷脆傾向。這是一個不需要增加成本而只要求軋鋼生產(chǎn)者嚴(yán)格按技術(shù)條件進(jìn)行正常生產(chǎn)的可行途徑。
對于合碳量甚低(
)的低碳綱，熱軋后如果冷卻較慢，珠光體就可能形成所謂的“離異珠光體”，即珠光體中的滲碳體以大塊或網(wǎng)狀形式分布在鐵素體的晶界上，這無疑會增加鋼的冷脆傾向。因此，對于這樣的低碳鋼，熱軋后避免較慢的冷卻，而甚至采用加速冷卻，乃是減小其冷脆傾向的切實(shí)可行的途徑。
鋼材在生產(chǎn)中的冷加工和在安裝、制造和使用時產(chǎn)生的冶塑性變形，不僅它本身就多半增加鋼的冷脆傾向，而且伴隨它的機(jī)械時效還會更進(jìn)一步地增加冷脆傾向。因此，對在低溫、動載作用下使用的結(jié)構(gòu)(如北方的橋梁)，不僅要盡量避免冷加工和在安裝、制造時的冶塑性變形，而且應(yīng)當(dāng)應(yīng)用耐時效的鋼(即用鋁補(bǔ)充脫氧的鋼)。
結(jié)構(gòu)的焊接，不僅促使熱影響區(qū)的奧氏體晶粒長大，產(chǎn)生淬火時效傾向，形成少量硬而脆的馬氏體，從而增加鋼的冷脆性，而且還可以產(chǎn)生巨大內(nèi)應(yīng)力及微小裂紋，從而增加鋼的冷脆傾向。因而，正確選擇焊接桔構(gòu)用鋼，設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，井采用正確焊接工藝，以減小上述焊接缺陷，乃是減小焊接構(gòu)件冷脆傾向的行之有效的途徑。如果條件允許，對焊接結(jié)構(gòu)，特別是合金鋼結(jié)構(gòu)，進(jìn)行合適的熱處理，會大大減小焊接結(jié)構(gòu)的冷脆傾向。
從鋼的熱處理方面
如果鋼業(yè)已經(jīng)過了冷加工，為了減小其冷脆傾向，可以采取高溫回火(約600℃)。高溫回火雖會略降低鋼的強(qiáng)度，但卻大大減小鋼的冷脆傾向。
對于熱軋不正常的綱，采取正火可減小其冷脆傾向。
對于所有的高溫回火脆性傾向較小的鋼，包括碳素鋼及合金鋼，調(diào)質(zhì)(淬火加高溫回火)都能大大減小其冷脆傾向。有充分根據(jù)可以認(rèn)為，調(diào)質(zhì)是減小鋼的冷脆性最為有效的途徑。
從合金化方面
不正確的合金化(不正確地選用合金元素及其合量)可以增加鋼的冶脆性，然而正確的合金化，特別是與正確的熱處理相配合，卻可大大減小其冷脆性，因而，正確的合金化也是減小鋼的冷脆性的重要途徑之一。
如果根據(jù)使用條件的要求，鋼的冶脆性已經(jīng)上升為主要要求指標(biāo)之一，那就可根據(jù)需要，結(jié)合具體條件，采取切實(shí)可行而又行之有效的途徑，以減小鋼的冷脆性，從而保證在低溫、動載作用下使用的結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性。
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