百科首頁(yè) > 正文

冷脆性（金屬材料在低溫下呈現的脆性）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-20

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )整理

精選百科

本文由作者推薦

冷脆性

金屬材料在低溫下呈現的脆性

冷脆性是指隨著(zhù)溫度的降低，金屬材料強度有所增加，而韌性下降這一種現象的稱(chēng)呼。

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的脆性
類(lèi)型	冶金術(shù)語(yǔ)
對象	金屬材料
上限溫度	韌脆轉變溫度

收起

概述

隨著(zhù)溫度的降低，大多數鋼材的強度有所增加，而韌性下降。金屬材料在低溫下呈現的脆性稱(chēng)為冷脆性。材料由延性破壞轉變到脆性破壞的上限溫度稱(chēng)為韌脆轉變溫度。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高于韌脆轉變溫度的上限。

值得一提的是，具有面心立方晶格結構的奧氏體不會(huì )發(fā)生低溫脆性，因為溫度降低時(shí)奧氏體會(huì )向鐵素體轉化，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(huì )發(fā)生低溫脆性。

磷是引起鋼產(chǎn)生冷脆現象的一個(gè)元素，因為它在鋼中形成脆性很大的化合物磷化三鐵（

）。

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(huì )影響鋼材的室溫沖擊吸收功和鋼材的韌脆轉折溫度。

（1）鋼材冶煉時(shí)脫氧情況對低溫沖擊性能的影響

韌脆轉折溫度的影響

沸騰鋼、半鎮靜鋼和鎮靜鋼的低溫沖擊試驗結果如右圖所示。沸騰鋼的碳（質(zhì)量分數）可以達到0.20%，半鎮靜鋼和鎮靜根據用途碳含量可以高一些。澆注后三種鋼凝固時(shí)的氧含量不同，沸騰鋼氧含量高，半鎮靜鋼次之，鎮靜鋼最低。氧含量低的鋼凝固后均勻性和致密性好，V形缺口試樣不同溫度的沖擊試驗表明，沸騰鋼的韌脆轉折溫度最高而鎮靜鋼最低，半鎮靜鋼處于中間。

（2）鋼板終軋溫度的影響

用成分(質(zhì)量分數)為C：0.20%、Mn：0.68%的半鎮靜鋼從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%的標準測定的韌脆轉折溫度的影響示如右圖所示。

從右圖看出：終軋溫度為787℃時(shí)，其韌脆轉折溫度低于終軋溫度高的，終軋溫度高時(shí)，

為20.34J時(shí)測定的韌脆轉折溫度約為1.5℃，而在最后3個(gè)道次在低溫軋制時(shí)，其韌性轉折溫度為-15℃。

（3）取樣方向的影響

取樣方向的影響

熱軋低碳鋼板取樣方向對沖擊性能的影響如右圖所示。平行于軋制方向的試樣(縱向、橫向)在所有試驗溫度的沖擊吸收功都高于垂直軋制方向樣品的。

鋼板軋制時(shí)的軋制規程也影響其方向性，如果鋼板是往復軋制，在兩個(gè)方向有相同的壓下量，則縱向和垂直向兩個(gè)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)沖擊試驗時(shí)吸收的能量大于缺口垂直于鋼板表面的試樣。韌脆轉折溫度似乎與樣品方向無(wú)關(guān)，在試驗溫度高時(shí)，方向不同的試樣沖擊吸收功差別較大，而在溫度低時(shí)，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

有一些鋼材是經(jīng)過(guò)冷拉加工的，冷拉時(shí)的加工硬化也會(huì )對鋼材的脆性破壞情況有影響。為此通過(guò)拉伸變形產(chǎn)生一定量的加工硬化后再進(jìn)行不同溫度的沖擊試驗了解它對韌脆轉變溫度的影響，試驗結果如右圖所示。

（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，文獻上有很多數據。

用Cr-Mo鋼經(jīng)過(guò)熱處理得到粗珠光體、細珠光體、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，了解金相組織對低溫沖擊韌性的影響。試驗用鋼的成分如右圖所示。試驗結果列于下表。

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

不同的強度水平比較韌脆轉折溫度

如右圖所示列出的結果是在不同的強度水平比較韌脆轉折溫度，除了金相組織的影響外，還有強度的影響。為了在幾乎相同的抗拉強度下比較金相組織的影響，用Cr-Ni-Mo鋼進(jìn)行了試驗，試驗時(shí)將試樣加熱到900%奧氏體化后通過(guò)等溫處理得到不同金相組織，調整回火溫度得到幾乎相同的抗拉強度(抗拉強度為700MPa左右)，然后進(jìn)行低溫沖擊試驗，測得韌脆轉折溫度，試驗用鋼的成分(質(zhì)量分數)為：C：0.26%，Si：0.24%，Mn：0.50%，S：0.003%，P：0.013%，Cr：3.12%，Ni：0.26%，Mo：0.50%，N：0.015%。

從上述試驗結果看出：馬氏體經(jīng)高溫回火得到的索氏體組織其韌脆轉折溫度最低，脆性破壞傾向最小。細珠光體的韌脆轉折溫度比粗珠光體的低。上貝氏體的強度較高時(shí)，其韌脆轉折溫度比珠光體的還高，但回火到與珠光體的抗拉強度相同時(shí)，其韌脆轉折溫度比珠光體的低。

（6）晶粒大小的影響

鋼材熱處理時(shí)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(shí)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(zhù)的影響，硬度和強度相同時(shí)，細晶粒比粗晶粒具有較高的室溫沖擊值和較低的韌脆轉折溫度。

（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(zhù)。碳是明顯促使鋼脆化的元素，隨著(zhù)鋼中碳含量的增加，韌脆轉折溫度升高，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(huì )使室溫的沖擊功增高、韌脆轉折溫度降低。回火溫度低、硬度高時(shí)，室溫和低溫的沖擊吸收功變化不大，數值都很低。

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(wú)疑也將是多方面的。因此，這需要設計者金屬學(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，建筑的設計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(guò)程，而設計者及施工者正確地、合理地使用程不同生產(chǎn)加工過(guò)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。

對于在低溫、動(dòng)載條件下使用的桔構，應用冷脆傾向較小的平爐綱，是比較合理的；用提高質(zhì)量的氧氣頂吹轉爐鋼代替平爐鋼看來(lái)是可能的。

生產(chǎn)和使用用硅充分脫氧的鎮靜鋼，特別是用硅補充脫氧的鎮靜鋼，乃是減小建筑秸構鋼材冷脆傾向的十分有效且簡(jiǎn)而易行的途徑，但使鋼材的成本略有提高。

在鋼材的熱軋時(shí)，只要避免鋼材停軋溫度過(guò)高和太低，就可相應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(huì )減小鋼材的冷脆傾向。這是一個(gè)不需要增加成本而只要求軋鋼生產(chǎn)者嚴格按技術(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(wú)疑會(huì )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(shí)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，而且伴隨它的機械時(shí)效還會(huì )更進(jìn)一步地增加冷脆傾向。因此，對在低溫、動(dòng)載作用下使用的結構(如北方的橋梁)，不僅要盡量避免冷加工和在安裝、制造時(shí)的冶塑性變形，而且應當應用耐時(shí)效的鋼(即用鋁補充脫氧的鋼)。

結構的焊接，不僅促使熱影響區的奧氏體晶粒長(cháng)大，產(chǎn)生淬火時(shí)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)生巨大內應力及微小裂紋，從而增加鋼的冷脆傾向。因而，正確選擇焊接桔構用鋼，設計合理的結構，井采用正確焊接工藝，以減小上述焊接缺陷，乃是減小焊接構件冷脆傾向的行之有效的途徑。如果條件允許，對焊接結構，特別是合金鋼結構，進(jìn)行合適的熱處理，會(huì )大大減小焊接結構的冷脆傾向。

從鋼的熱處理方面

如果鋼業(yè)已經(jīng)過(guò)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(huì )略降低鋼的強度，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。

對于熱軋低碳鋼，熱軋后采用軋制余熱淬火或重新加熱淬火，都可大大減小其冷脆傾向。這也是減小低碳鋼冷脆性井提高其屈服極限和強度極限的行之有效的途徑之一。

對于所有的高溫回火脆性?xún)A向較小的鋼，包括碳素鋼及合金鋼，調質(zhì)(淬火加高溫回火)都能大大減小其冷脆傾向。有充分根據可以認為，調質(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。

如果根據使用條件的要求，鋼的冶脆性已經(jīng)上升為主要要求指標之一，那就可根據需要，結合具體條件，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(dòng)載作用下使用的結構具有足夠的安全性。

冷脆性相關(guān)的文章

腦血管病

腦血管病是指腦部血管的各種疾病引起腦組織的缺血或出血性損傷，包括腦動(dòng)脈粥樣硬化、血栓形成、腦血管狹窄或閉塞、腦動(dòng)脈炎、腦動(dòng)脈損傷、腦動(dòng)脈瘤、顱內血管畸形、腦動(dòng)靜脈瘺等。腦血管病的病因包括血脂異常、動(dòng)脈粥樣硬化、脂肪透明樣變性纖維蛋白壞死、纖維肌肉發(fā)育不良、血管淀粉樣變、血管炎、靜脈血栓、血管痙攣等。

大理白族自治州（中國云南省下轄自治州）

大理白族自治州，中華人民共和國云南省下轄自治州，地處云南省中部偏西，東鄰楚雄州，南靠普洱市、臨滄市，西與保山市、怒江州相連，北接麗江市，東經(jīng)98°52′～101°03′，北緯24°41′～26°42′之間。截至2022年8月29日，大理州轄1市、8縣、3自治縣。州府駐地大理市下關(guān)，距昆明市331千米

烏拉爾（烏拉爾斯克市）

烏拉爾是哈薩克斯坦西北部城市，位于烏拉爾河右岸，是烏拉爾斯克州的首府。該城建于1613年，原名雅茨克鎮，1775年更名為烏拉爾斯克，1991年哈薩克斯坦獨立時(shí)改現名。十九世紀時(shí)，烏拉爾斯克曾是貿易中心，現在是鐵路要站、河港和航空港。1999年人口為195,500人，主要由哈薩克族（71%）和俄羅斯族

伊瑪目清真寺

伊瑪目清真寺又稱(chēng)“馬斯吉迪·賈米伊·阿巴斯”或“國王清真寺”，位于伊朗伊斯法罕。清真寺里外均由精美的瓷磚鑲嵌而成，其外形為壁競式的正門(mén)面向正北。清真寺的大門(mén)是鍍銀的，正門(mén)高達30米，門(mén)上寫(xiě)有許多詩(shī)文，由當時(shí)著(zhù)名書(shū)法家用美麗的波斯文納斯塔利克體書(shū)寫(xiě)。

乾隆（清高宗愛(ài)新覺(jué)羅·弘歷年號）

乾隆是中國清朝第六位皇帝，其年號始于1736年（乾隆元年），至1796年（乾隆六十年），共六十年。乾隆年號是全中國范圍內使用時(shí)間第二長(cháng)的年號，僅次于康熙。在1796年2月9日，乾隆帝將清朝皇位內禪予嘉慶帝，自此全中國范圍內改用嘉慶年號。但乾隆帝仍繼續執掌朝政，北京紫禁城內仍保留“乾隆”年號，直至嘉慶

冰洲石（無(wú)色透明的方解石）

無(wú)色透明的方解石也叫冰洲石，這樣的方解石有一個(gè)奇妙的特點(diǎn)，就是透過(guò)它可以看到物體呈雙重影像。因此，冰洲石是重要的光學(xué)材料。方解石是石灰巖和大理巖的主要礦物，在生產(chǎn)生活中有很多用途。我們知道石灰巖可以形成溶洞，洞中的鐘乳石、石筍漢白玉等其實(shí)就是方解石構成的。