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蘭州鋼材韌性及斷裂的原因
作者:lanzhou           時間:2019-10-23 08:49:33

用于各行業(yè)的鋼材品種達(dá)數(shù)千種之多。每種鋼材都因不同的性能、化學(xué)成分或合金種類和含量而具有不同的商品名稱。雖然斷裂韌性值大大方便了每種鋼的選擇,然而這些參數(shù)很難適用于所有鋼材。      主要原因有:      

第一,因為在鋼的冶煉時需加入一定數(shù)量的某種或多種合金元素,成材后再經(jīng)簡單熱處理便可獲得不同的顯微組織,從而改變了鋼的原有性能;      

第二,因為煉鋼和澆注過程中產(chǎn)生的缺陷,特別是集中缺陷(如氣孔、夾雜等)在軋制時極其敏感,并且在同一化學(xué)成分鋼的不同爐次之間,甚至在同一鋼坯的不同部位發(fā)生不同的改變,從而影響鋼材的質(zhì)量。 由于包頭鋼材韌性主要取決于顯微結(jié)構(gòu)和缺陷的分散(嚴(yán)防集中缺陷)度,而不是化學(xué)成分。所以,經(jīng)熱處理后韌性會發(fā)生很大變化。要深入探究鋼材性能及其斷裂原因,還需掌握物理冶金學(xué)和顯微組織與鋼材韌性的關(guān)系。      

  1. 鐵素體-珠光體鋼斷裂      

鐵素體-珠光體鋼占鋼總產(chǎn)量的絕大多數(shù)。它們通常是含碳量在0.05%~0.20%之間的鐵-碳和為提高屈服強度及韌性而加入的其它少量合金元素的合金。          

鐵素體-珠光體的顯微組織由BBC鐵(鐵素體)、0.01%C、可溶合金和Fe3C組成。在碳含量很低的碳鋼中,滲碳體顆粒(碳化物)停留在鐵素體晶粒邊界和晶粒之中。但當(dāng)碳含量高于0.02%時,絕大多數(shù)的Fe3C形成具有某些鐵素體的片狀結(jié)構(gòu),而稱為珠光體,同時趨向于作為“晶粒”和球結(jié)(晶界析出物)分散在鐵素體基體中。含碳量在0.10%~0.20%的低碳鋼顯微組織中,珠光體含量占10%~25%。      

盡管珠光體顆粒很堅硬,但卻能非常廣泛地分散在鐵素體基體上,并且圍繞鐵素體輕松地變形。通常,鐵素體的晶粒尺寸會隨著珠光體含量的增加而減小。因為珠光體球結(jié)的形成和轉(zhuǎn)化會妨礙鐵素體晶粒長大。因此,珠光體會通過升高d-1/2(d為晶粒平均直徑)而間接升高拉伸屈服應(yīng)力δy。      

從斷裂分析的觀點看,在低碳鋼中有兩種含碳量范圍的鋼,其性能令人關(guān)注。一是含碳量在0.03%以下,碳以珠光體球結(jié)的形式存在,對鋼的韌性影響較小;二是含碳量較高時,以球光體形式直接影響韌性和夏比曲線。

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2.處理工藝的影響      

實踐得知,水淬火鋼的沖擊性能優(yōu)于退火或正火鋼的沖擊性能,原因在于快冷阻止了滲碳體在晶界形成,并促使鐵素體晶粒變細(xì)。      

許多鋼材是在熱軋狀態(tài)下銷售,軋制條件對沖擊性能有很大影響。較低的終軋溫度會降低沖擊轉(zhuǎn)變溫度,增大冷卻速度和促使鐵素體晶粒變細(xì),從而提高鋼材韌性。厚板因冷卻速度比薄板慢,鐵素體晶粒比薄板粗大。所以,在同樣的熱處理條件下厚板比薄板更脆性。因此,熱軋后常用正火處理以改善鋼板性能。      

熱軋也可生產(chǎn)各向異性鋼和各種混合組織、珠光體帶、夾雜晶界與軋制方向一致的定向韌性鋼。珠光體帶和拉長后的夾雜粗大分散成鱗片狀,對夏比轉(zhuǎn)變溫度范圍低溫處的缺口韌性有很大影響。

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