技能培训资料：钢材断裂的原因.docx

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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