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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(duì)象 | 金屬材料 |
| 上限溫度 | 韌脆轉(zhuǎn)變溫度 |
收起
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(huì)發(fā)生低溫脆性，因?yàn)闇囟冉档蜁r(shí)奧氏體會(huì)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(huì)發(fā)生低溫脆性。
磷是引起鋼產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象的一個(gè)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(huì)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(shí)脫氧情況對(duì)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(duì)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(cè)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(shí)，其韌脆轉(zhuǎn)折溫度低于終軋溫度高的，終軋溫度高時(shí)，
為20.34J時(shí)測(cè)定的韌脆轉(zhuǎn)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(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(shí)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(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(yàn)時(shí)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(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
（5）金相組織對(duì)鋼材脆性破壞傾向的影響
關(guān)于金相組織對(duì)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(duì)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(hào) | 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(shí)，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(shí)，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(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(duì)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(shí)，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(duì)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(duì)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(zhuǎn)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(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(duì)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(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(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(yán)格按技術(shù)條件進(jìn)行正常生產(chǎn)的可行途徑。
對(duì)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(huì)增加鋼的冷脆傾向。因此，對(duì)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(jī)械時(shí)效還會(huì)更進(jìn)一步地增加冷脆傾向。因此，對(duì)在低溫、動(dòng)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(shí)的冶塑性變形，而且應(yīng)當(dāng)應(yīng)用耐時(shí)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(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(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(duì)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(huì)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(huì)略降低鋼的強(qiáng)度，但卻大大減小鋼的冷脆傾向。
對(duì)于熱軋不正常的綱，采取正火可減小其冷脆傾向。
對(duì)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(dòng)載作用下使用的結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性。
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