技能培训资料：钢材断裂的原因.docx

用于各行业的钢材品种达数千种之多。每种钢材都因不同的性能、化学成分或合金种类和含量而具有不同的商品名称。虽然断裂韧性值大大方便了每种钢的选择，然而这些参数很难适用于所有钢材。主要原因有：第一，因为在钢的冶炼时需加入一定数量的某种或多种合金元素，成材后再经简单热处理便可获得不同的显微组织，从而改变了钢的原有性能；第二，因为炼钢和浇注过程中产生的缺陷，特别是集中缺陷（如气孔、夹杂等）在轧制时极其敏感，并且在同一化学成分钢的不同炉次之间，甚至在同一钢坯的不同部位发生不同的改变，从而影响钢材的质量。由于钢材韧性主要取决于显微结构和缺陷的分散（严防集中缺陷）度，而不是化学成分。所以，经热处理后韧性会发生很大变化。要深入探究钢材性能及其断裂原因，还需掌握物理冶金学和显微组织与钢材韧性的关系。0101铁素体铁素体-珠光体钢断裂珠光体钢断裂铁素体-珠光体钢占钢总产量的绝大多数。它们通常是含碳量在0.05%0.20%之间的铁-碳和为提高屈服强度及韧性而加入的其它少量合金元素的合金。铁素体-珠光体的显微组织由 BBC 铁（铁素体）、0.01%C、可溶合金和 Fe3C 组成。在碳含量很低的碳钢中，渗碳体颗粒（碳化物）停留在铁素体晶粒边界和晶粒之中。但当碳含量高于 0.02%时，绝大多数的 Fe3C形成具有某些铁素体的片状结构，而称为珠光体，同时趋向于作为“晶粒”和球结（晶界析出物）分散在铁素体基体中。含碳量在 0.10%0.20%的低碳钢显微组织中，珠光体含量占 10%25%。尽管珠光体颗粒很坚硬，但却能非常广泛地分散在铁素体基体上，并且围绕铁素体轻松地变形。通常，铁素体的晶粒尺寸会随着珠光体含量的增加而减小。因为珠光体球结的形成和转化会妨碍铁素体晶粒长大。因此，珠光体会通过升高 d-1/2（d 为晶粒平均直径）而间接升高拉伸屈服应力y。从断裂分析的观点看，在低碳钢中有两种含碳量范围的钢，其性能令人关注。一是，含碳量在 0.03%以下，碳以珠光体球结的形式存在，对钢的韧性影响较小；二是，含碳量较高时，以球光体形式直接影响韧性和夏比曲线。0202处理工艺的影响处理工艺的影响实践得知，水淬火钢的冲击性能优于退火或正火钢的冲击性能，原因在于快冷阻止了渗碳体在晶界形成，并促使铁素体晶粒变细。许多钢材是在热轧状态下销售，轧制条件对冲击性能有很大影响。较低的终轧温度会降低冲击转变温度，增大冷却速度和促使铁素体晶粒变细，从而提高钢材韧性。厚板因冷却速度比薄板慢，铁素体晶粒比薄板粗大。所以，在同样的热处理条件下厚板比薄板更脆性。因此，热轧后常用正火处理以改善钢板性能。热轧也可生产各向异性钢和各种混合组织、珠光体带、夹杂晶界与轧制方向一致的定向韧性钢。珠光体带和拉长后的夹杂粗大分散成鳞片状，对夏比转变温度范围低温处的缺口韧性有很大影响。0303铁素体铁素体-可溶合金元素的影响可溶合金元素的影响绝大多数合金元素加入低碳钢，是为了生产在某些环境温度下的固溶体硬化钢，提高晶格摩擦应力i。但目前还不能仅用公式预测较低屈服应力，除非已知晶粒尺寸。虽然屈服应力的决定因素是正火温度和冷却速度，然而这种研究方法仍很重要，因为可以通过提高i预测单个合金元素可降低韧性的范围。铁素体钢的无塑性转变（NDT）温度和夏比转变温度的回归分析至今尚无报导，然而这些也仅限于加入单个合金元素对韧性影响的定性讨论。以下就几种合金元素对钢性能的影响作简要介绍。1）锰。绝大多数的锰含量约为 0.5%。作为脱氧剂或固硫剂加入可防止钢的热裂，在低碳钢中还有以下作用。含碳量 0.05%钢，空冷或炉冷后有降低晶粒边界渗碳体薄膜形成的趋势。可稍减小铁素体晶粒尺寸。可产生大量而细小的珠光体颗粒。前 两 种 作 用 说 明 NDT 温 度 随 着 锰 量 的 增 加 而 降 低，后 两 种 作 用 会 引 起 夏 比 曲 线 峰 值 更 尖。钢 含 碳 量 较 高 时，锰 能 显 著 降 低 约 50%转 变 温 度。其 原 因 可 能 是 因 珠 光 体 量 多，而 不 是 渗 碳 体 在 边 界 的 分 布。必 须 注 意 的 是，如 果 钢 的 含 碳 量 高 于 0.15%，高 锰 含 量 对 正 火钢 的 冲 击 性 能 影 响 起 到 了 决 定 性 作 用。因 为 钢 的 高 淬 透 性 引起 奥 氏 体 转 变 成 脆 性 的 上 贝 氏 体，而 不 是 铁 素 体 或 珠 光 体。2）镍。加 入 钢 中 的 作 用 似 锰，可 改 善 铁-碳 合 金 韧性。其 作 用 大 小 取 决 于 含 碳 量 和 热 处 理。在 含 碳 量（约 0.02%）很 低 的 钢 中，加 入 量 达 到 2%就 能 防 止 热 轧 态 和 正 火 钢 晶 界 渗碳 体 的 形 成，同 时 实 质 降 低 开 始 转 变