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)鋼材冶煉時脫氧情況對低溫沖擊性能的影響
韌脆轉(zhuǎn)折溫度的影響
沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和鎮(zhèn)靜鋼的低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果如右圖所示。沸騰鋼的碳(質(zhì)量分?jǐn)?shù))可以達(dá)到0.20%,半鎮(zhèn)靜鋼和鎮(zhèn)靜根據(jù)用途碳含量可以高一些。澆注后三種鋼凝固時的氧含量不同,沸騰鋼氧含量高,半鎮(zhèn)靜鋼次之,鎮(zhèn)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(yàn)表明,沸騰鋼的韌脆轉(zhuǎn)折溫度最高而鎮(zhèn)靜鋼最低,半鎮(zhèn)靜鋼處于中間。(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,其韌脆轉(zhuǎn)折溫度低于終軋溫度高的,終軋溫度高時,為20.34J時測定的韌脆轉(zhuǎn)折溫度約為1.5℃,而在最后3個道次在低溫軋制時,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
熱軋低碳鋼板取樣方向?qū)_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(yàn)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,在兩個方向有相同的壓下量,則縱向和垂直向兩個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,方向不同的試樣沖擊吸收功差別較大,而在溫度低時,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)過冷拉加工的,冷拉時的加工硬化也會對鋼材的脆性破 壞情況有影響。為此通過拉伸變形產(chǎn)生一定量的加工硬化后再進(jìn)行不同溫度的沖擊試驗(yàn)了解它對韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響,試驗(yàn)結(jié)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(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 | 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
如右圖所示列出的結(jié)果是在不同的強(qiáng)度水平比較韌脆轉(zhuǎn) 折溫度,除了金相組織的影響外,還有強(qiáng)度的影響。為了在幾乎相同的抗拉強(qiáng)度下比較金相組織的影響,用Cr-Ni-Mo鋼進(jìn)行了試驗(yàn),試驗(yàn)時將試樣加熱到900%奧氏體化后通過等溫處理得到不同金相組織,調(diào)整回火溫度得到幾乎相同的抗拉強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度為700MPa左右),然后進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn),測得韌脆轉(zhuǎn)折溫度,試驗(yàn)用鋼的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(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,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,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的影響,硬度和強(qiáng)度相同時,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)淬火后回火溫度對脆性破壞傾向的影響
回火溫度升高、硬度降低會使室溫的沖擊功增高、韌脆轉(zhuǎn)折溫度降低?;鼗饻囟鹊汀⒂捕雀邥r,室溫和低溫的沖擊吸收功變化不大,數(shù)值都很低。