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用于各行(xing)業的(de)鋼材(cai)品(pin)種(zhong)達數千(qian)種(zhong)之(zhi)多。每種(zhong)鋼材(cai)都(dou)因(yin)不同(tong)的(de)性能、化學(xue)成分或(huo)合金種(zhong)類和(he)含量(liang)而具有(you)不同(tong)的(de)商品(pin)名(ming)稱。雖然斷裂韌性值大大方便了每種(zhong)鋼的(de)選擇，然而這些參數很難適用于所有(you)鋼材(cai)。

主要原因有：

第一，因為在鋼的冶(ye)煉時需(xu)加入一定數量(liang)的某種或多(duo)種合金元素，成材后再經簡單熱(re)處理便可獲得(de)不同的顯微(wei)組織，從(cong)而(er)改變了鋼的原有性能(neng)；

第(di)二，因為煉鋼(gang)和澆(jiao)注(zhu)過程中產生的缺陷，特別(bie)是集中缺陷（如氣孔(kong)、夾雜等）在軋制(zhi)時極其敏感，并(bing)且在同(tong)一化學成分鋼(gang)的不同(tong)爐次之間(jian)，甚至在同(tong)一鋼(gang)坯的不同(tong)部位(wei)發生不同(tong)的改變(bian)，從而影響鋼(gang)材的質量。

由于(yu)(yu)鋼(gang)材韌性主要(yao)取決(jue)于(yu)(yu)顯微結構和(he)缺陷的分散（嚴防集中缺陷）度，而不是化學成分。所以(yi)，經熱(re)處理(li)后韌性會(hui)發(fa)生很大變(bian)化。要(yao)深入探究鋼(gang)材性能及(ji)其(qi)斷裂原(yuan)因(yin)，還(huan)需掌握物理(li)冶金學和(he)顯微組(zu)織與鋼(gang)材韌性的關(guan)系。

1.鐵素體-珠光體鋼斷裂

鐵(tie)素體-珠光體鋼占鋼總產(chan)量(liang)(liang)的絕大多數。它們通常是含(han)碳(tan)量(liang)(liang)在0.05%～0.20%之(zhi)間的鐵(tie)-碳(tan)和(he)為提高屈(qu)服(fu)強度及韌性而加入的其它少(shao)量(liang)(liang)合金元素的合金。

鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)-珠光體(ti)(ti)(ti)的顯(xian)(xian)微(wei)(wei)組織由(you)BBC鐵(tie)（鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)）、0.01%C、可溶合金和(he)Fe3C組成(cheng)。在碳(tan)含(han)量(liang)很(hen)低的碳(tan)鋼中(zhong)(zhong)，滲碳(tan)體(ti)(ti)(ti)顆(ke)粒(li)(li)（碳(tan)化物(wu)(wu)）停留(liu)在鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)晶(jing)粒(li)(li)邊界和(he)晶(jing)粒(li)(li)之中(zhong)(zhong)。但當碳(tan)含(han)量(liang)高于(yu)0.02%時，絕(jue)大多(duo)數的Fe3C形成(cheng)具(ju)有某些鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)的片狀結構，而稱為珠光體(ti)(ti)(ti)，同時趨向于(yu)作為“晶(jing)粒(li)(li)”和(he)球結（晶(jing)界析出物(wu)(wu)）分散(san)在鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)基體(ti)(ti)(ti)中(zhong)(zhong)。含(han)碳(tan)量(liang)在0.10%～0.20%的低碳(tan)鋼顯(xian)(xian)微(wei)(wei)組織中(zhong)(zhong)，珠光體(ti)(ti)(ti)含(han)量(liang)占10%～25%。

盡管珠(zhu)光(guang)體(ti)顆粒很堅硬，但卻能非常廣泛地分散在鐵素(su)體(ti)基體(ti)上，并且圍繞鐵素(su)體(ti)輕(qing)松地變形。通常，鐵素(su)體(ti)的晶(jing)粒尺寸會(hui)隨著珠(zhu)光(guang)體(ti)含量(liang)的增加而減小(xiao)。因(yin)為(wei)珠(zhu)光(guang)體(ti)球結的形成和轉(zhuan)化會(hui)妨礙鐵素(su)體(ti)晶(jing)粒長大(da)。因(yin)此，珠(zhu)光(guang)體(ti)會(hui)通過升(sheng)高d-1/2（d為(wei)晶(jing)粒平均直徑(jing)）而間接升(sheng)高拉伸屈服(fu)應力(li)δy。

從斷(duan)裂分析的(de)觀點看，在(zai)低碳(tan)鋼(gang)中有兩種(zhong)含碳(tan)量范圍的(de)鋼(gang)，其性能令人關注。一(yi)是含碳(tan)量在(zai)0.03%以(yi)下，碳(tan)以(yi)珠光體球結(jie)的(de)形式(shi)(shi)存在(zai)，對鋼(gang)的(de)韌性影響較小；二(er)是含碳(tan)量較高時，以(yi)球光體形式(shi)(shi)直接影響韌性和(he)夏比曲線。

2.處理工藝的影響

實踐得知，水(shui)淬火(huo)(huo)鋼的沖擊性(xing)(xing)能優于(yu)退火(huo)(huo)或正火(huo)(huo)鋼的沖擊性(xing)(xing)能，原因(yin)在于(yu)快冷阻止了滲(shen)碳體(ti)在晶界形(xing)成(cheng)，并(bing)促使鐵(tie)素(su)體(ti)晶粒變細。

許多(duo)鋼材(cai)是在熱(re)(re)軋狀態下(xia)銷售，軋制條(tiao)件(jian)對(dui)沖擊性(xing)能有很大(da)影響。較(jiao)低(di)的終(zhong)軋溫(wen)度(du)(du)會(hui)降低(di)沖擊轉變溫(wen)度(du)(du)，增(zeng)大(da)冷(leng)卻(que)速度(du)(du)和促(cu)使(shi)鐵素體晶(jing)粒(li)變細，從(cong)而提高鋼材(cai)韌性(xing)。厚板(ban)(ban)因冷(leng)卻(que)速度(du)(du)比薄板(ban)(ban)慢(man)，鐵素體晶(jing)粒(li)比薄板(ban)(ban)粗大(da)。所以，在同樣的熱(re)(re)處(chu)理條(tiao)件(jian)下(xia)厚板(ban)(ban)比薄板(ban)(ban)更脆性(xing)。因此(ci)，熱(re)(re)軋后常用正火處(chu)理以改(gai)善(shan)鋼板(ban)(ban)性(xing)能。

熱(re)軋也可生產各(ge)向(xiang)異性(xing)鋼(gang)和(he)各(ge)種混合(he)組(zu)織(zhi)、珠光體帶(dai)、夾雜晶界與(yu)軋制(zhi)方向(xiang)一(yi)致的定向(xiang)韌性(xing)鋼(gang)。珠光體帶(dai)和(he)拉長(chang)后的夾雜粗大分(fen)散(san)成(cheng)鱗片狀，對夏(xia)比(bi)轉變溫度范圍低溫處的缺口韌性(xing)有很大影響。

3.鐵素體-可溶合金元素的影響

絕大多數合金元素加入低(di)(di)(di)碳鋼(gang)，是為(wei)了(le)生產在某些環境(jing)溫度(du)下的固溶體硬化鋼(gang)，提高晶格摩擦應力(li)δi。但目(mu)前還不(bu)能僅用公式(shi)預測較低(di)(di)(di)屈(qu)服應力(li)，除非已知(zhi)晶粒尺寸(cun)。雖然屈(qu)服應力(li)的決定因(yin)素是正火溫度(du)和冷卻速(su)度(du)，然而這種研究(jiu)方法仍很重要(yao)，因(yin)為(wei)可以通(tong)過提高δi預測單個合金元素可降低(di)(di)(di)韌性的范(fan)圍(wei)。

鐵素(su)體鋼的無塑(su)性轉(zhuan)變(bian)（NDT）溫(wen)度和夏比轉(zhuan)變(bian)溫(wen)度的回歸分析至今尚(shang)無報導，然而這些也(ye)僅限于加入單個合金元素(su)對韌性影響的定性討(tao)論。以下就幾種合金元素(su)對鋼性能的影響作簡(jian)要介紹。

1）錳

絕大多數(shu)的(de)錳含量約(yue)為0.5%。作為脫氧劑(ji)或固硫(liu)劑(ji)加入可防止鋼的(de)熱裂。在低碳(tan)鋼中還有(you)以下作用。

◆含碳量0.05%鋼，空冷(leng)或(huo)爐冷(leng)后有降(jiang)低晶粒(li)邊界滲碳體薄膜形成的趨勢。

◆可稍(shao)減小鐵素體晶粒尺(chi)寸。

◆可(ke)產生(sheng)大量而細小的(de)珠(zhu)光體顆粒。

前兩種(zhong)(zhong)作(zuo)(zuo)用(yong)說明NDT溫度隨(sui)著錳量(liang)的增加(jia)而降(jiang)低，后兩種(zhong)(zhong)作(zuo)(zuo)用(yong)會引起夏比(bi)曲線峰值更尖(jian)。

鋼含(han)碳(tan)量較(jiao)高時，錳能(neng)顯著(zhu)降低約50%轉變溫度。其原(yuan)因可能(neng)是(shi)(shi)因珠(zhu)光體(ti)(ti)量多(duo)，而不(bu)是(shi)(shi)滲碳(tan)體(ti)(ti)在(zai)邊界的分布(bu)。必須注意的是(shi)(shi)，如(ru)果鋼的含(han)碳(tan)量高于0.15%，高錳含(han)量對正(zheng)火鋼的沖擊性能(neng)影響起到了(le)決定性作用。因為鋼的高淬透性引起奧氏(shi)體(ti)(ti)轉變成脆性的上貝氏(shi)體(ti)(ti)，而不(bu)是(shi)(shi)鐵素體(ti)(ti)或(huo)珠(zhu)光體(ti)(ti)。

2）鎳

加入鋼(gang)中的(de)作(zuo)用(yong)似錳(meng)，可改善鐵-碳(tan)合金韌性(xing)。其作(zuo)用(yong)大小(xiao)取決于含碳(tan)量和熱處(chu)理。在含碳(tan)量（約0.02%）很低(di)的(de)鋼(gang)中，加入量達(da)到2%就能防止熱軋態(tai)和正火鋼(gang)晶(jing)界滲碳(tan)體的(de)形成(cheng)，同時實質降低(di)開始(shi)轉變溫度TS，升高(gao)夏比沖(chong)擊曲線(xian)峰值。

進一步增加(jia)鎳(nie)含(han)量，改善沖(chong)擊韌(ren)性效果(guo)則降(jiang)(jiang)低(di)。如果(guo)這時(shi)含(han)碳量低(di)至正(zheng)火后無碳化(hua)物出現時(shi)，鎳(nie)對轉(zhuan)變溫度的(de)(de)影響將(jiang)變得很有限(xian)。在(zai)含(han)碳約0.10%的(de)(de)正(zheng)火鋼中加(jia)入鎳(nie)，最大的(de)(de)好處是細化(hua)晶粒和降(jiang)(jiang)低(di)游離(li)氮(dan)含(han)量，但(dan)其(qi)機(ji)理目前尚不清楚。可能(neng)是由于鎳(nie)作(zuo)為奧氏體(ti)的(de)(de)穩定劑從(cong)而(er)降(jiang)(jiang)低(di)了奧氏體(ti)分解的(de)(de)溫度。

3）磷

在(zai)純(chun)凈的(de)鐵(tie)-磷(lin)合(he)金(jin)中(zhong)，由于鐵(tie)素體晶界會發(fa)生磷(lin)偏(pian)析降低了抗拉強度Rm而使晶粒(li)(li)之間(jian)脆(cui)化。此外，由于磷(lin)還是鐵(tie)素體的(de)穩定(ding)劑。所(suo)以，加(jia)入鋼中(zhong)將(jiang)大大增加(jia)δi值和鐵(tie)素體晶粒(li)(li)尺寸(cun)。這些(xie)作用(yong)的(de)綜合(he)將(jiang)使磷(lin)成為極其(qi)有害的(de)脆(cui)化劑，發(fa)生穿(chuan)晶斷裂。

4）硅

鋼中加(jia)硅(gui)是(shi)(shi)為了(le)脫氧，同時(shi)有益于提(ti)(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)沖擊性能(neng)。如(ru)果鋼中同時(shi)存在(zai)錳和(he)鋁(lv)，大部分硅(gui)在(zai)鐵素體中溶(rong)解，同時(shi)通過(guo)固溶(rong)化硬化作用(yong)提(ti)(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)δi。這種作用(yong)與加(jia)入(ru)硅(gui)提(ti)(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)沖擊性能(neng)綜合的結果是(shi)(shi)，在(zai)穩定晶粒尺寸的鐵-碳(tan)合金中按重(zhong)量百分比加(jia)入(ru)硅(gui)，使50%轉變溫(wen)度(du)升高(gao)(gao)(gao)約(yue)44℃。此外(wai)，硅(gui)與磷相似，是(shi)(shi)鐵素鐵的穩定劑，能(neng)促進鐵素體晶粒長(chang)大。按重(zhong)量百分數(shu)計，硅(gui)加(jia)入(ru)正火鋼中將提(ti)(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)平均能(neng)量轉換溫(wen)度(du)約(yue)60℃。

5）鋁

以合金(jin)和脫氧劑的(de)(de)作用加(jia)(jia)入鋼中有以下(xia)兩方面的(de)(de)原因：第一(yi)，與溶體中的(de)(de)氮(dan)生成(cheng)AlN，去除游離氮(dan)；第二，AlN的(de)(de)形成(cheng)細化(hua)了鐵(tie)素體晶粒。這兩種(zhong)作用的(de)(de)結果是，每增加(jia)(jia)0.1%的(de)(de)鋁，將使轉(zhuan)變溫度(du)降低約40℃。然而，當鋁的(de)(de)加(jia)(jia)入量(liang)超過了需要，“固化(hua)”游離氮(dan)的(de)(de)作用將變弱。

6）氧

鋼中的(de)氧(yang)(yang)會(hui)在晶(jing)界(jie)產生(sheng)偏析(xi)導致(zhi)鐵(tie)合金晶(jing)間斷(duan)裂(lie)。鋼中氧(yang)(yang)含量高(gao)至(zhi)0.01%，斷(duan)裂(lie)就會(hui)沿著(zhu)脆(cui)化晶(jing)粒(li)的(de)晶(jing)界(jie)產生(sheng)的(de)連續通(tong)道發生(sheng)。即使鋼中含氧(yang)(yang)量很低，也會(hui)使裂(lie)紋在晶(jing)界(jie)集中成(cheng)核，然后穿(chuan)晶(jing)擴散。解決氧(yang)(yang)脆(cui)化問題的(de)方法(fa)是，可加入脫氧(yang)(yang)劑碳、錳、硅、鋁和(he)鋯(gao)，使其和(he)氧(yang)(yang)結(jie)合生(sheng)成(cheng)氧(yang)(yang)化物顆(ke)粒(li)，而(er)將氧(yang)(yang)從晶(jing)界(jie)去除。氧(yang)(yang)化物顆(ke)粒(li)也是延(yan)遲(chi)鐵(tie)素(su)體生(sheng)長和(he)提高(gao)d-/2的(de)有(you)利物質。

4.含碳量在0.3%～0.8%的影響

亞共析鋼的含碳量在(zai)(zai)0.3%～0.8%，先共析鐵(tie)素體(ti)是連續(xu)相并首先在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)晶(jing)(jing)界形(xing)成(cheng)。珠光體(ti)在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)晶(jing)(jing)粒內形(xing)成(cheng)，同時(shi)占(zhan)顯(xian)微組(zu)織(zhi)的35%～100%。此外(wai)，還有多種(zhong)聚(ju)集組(zu)織(zhi)在(zai)(zai)每一個奧(ao)氏(shi)體(ti)晶(jing)(jing)粒內形(xing)成(cheng)，使珠光體(ti)成(cheng)為多晶(jing)(jing)體(ti)。

由于珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)強(qiang)度比先共析鐵(tie)素體(ti)(ti)高，所以限(xian)(xian)制了(le)鐵(tie)素體(ti)(ti)的(de)流動，從而(er)使鋼的(de)屈服(fu)強(qiang)度和應變硬化率隨著珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)含碳量的(de)增(zeng)加而(er)增(zeng)加。限(xian)(xian)制作用隨硬化塊(kuai)數量增(zeng)加，珠光(guang)(guang)體(ti)(ti)對先共析晶粒尺寸的(de)細化而(er)增(zeng)強(qiang)。

鋼中(zhong)有大量(liang)珠光體(ti)時，形變(bian)過(guo)程中(zhong)會在低溫(wen)和/或高(gao)應變(bian)率(lv)時形成(cheng)微型解(jie)理裂紋。雖然也(ye)有某些內部(bu)聚(ju)集組(zu)(zu)織斷面，但(dan)斷裂通道最初還是沿著解(jie)理面穿行。所(suo)以(yi)，在鐵(tie)素體(ti)片之間、相鄰聚(ju)集組(zu)(zu)織中(zhong)的鐵(tie)素體(ti)晶(jing)粒內有某些擇(ze)優(you)取向。

隱石檢(jian)測(ce)擁有(you)一(yi)批(pi)在業(ye)(ye)內取得(de)顯著成就的專(zhuan)業(ye)(ye)技術人(ren)員，在行(xing)業(ye)(ye)內有(you)著豐富的檢(jian)測(ce)經驗(yan)。秉承著專(zhuan)注、專(zhuan)業(ye)(ye)、高(gao)效、想客戶所想的理念，公司積極增加項目和(he)完善更先(xian)進的測(ce)試(shi)儀器設(she)備，保障每一(yi)個檢(jian)測(ce)，分(fen)析，研發任務優(you)(you)質高(gao)效的完成。同時通過(guo)專(zhuan)業(ye)(ye)所長(chang),為全球(qiu)數(shu)萬家優(you)(you)質客戶提供最及時的行(xing)業(ye)(ye)技術標(biao)準信息，和(he)更高(gao)精尖的分(fen)析檢(jian)測(ce)解決(jue)方案。

　　隱石(shi)檢(jian)測(ce)分(fen)別(bie)成立了閥(fa)門(men)實驗室，腐蝕實驗室，金相實(shi)驗室，力(li)學(xue)實驗室，無(wu)損實(shi)驗室，耐候老(lao)化實驗室(shi)。從事常壓儲罐檢測，鍋爐能效檢(jian)測，金屬(shu)腐蝕檢測，SSC應力腐蝕檢測(ce)，HIC抗氫(qing)致開裂檢測，閥門檢測，應力應變檢測(ce)，無(wu)損探傷檢測(ce)，機(ji)械(xie)設備檢測，金相分析，石墨烯納米材料檢測，水質(zhi)檢測，油品檢測涉(she)及的服務(wu)范圍已廣(guang)泛覆蓋到鋼(gang)鐵材(cai)(cai)料(liao)，有色金(jin)屬材(cai)(cai)料(liao)，石油化工(gong)設備，通(tong)用機械(xie)設備，冶金(jin)礦石，建筑工(gong)程(cheng)材(cai)(cai)料(liao)、航空航天材(cai)(cai)料(liao)，高鐵船舶材(cai)(cai)料(liao)，汽(qi)車(che)用零部件(jian)、非金(jin)屬材(cai)(cai)料(liao)，電(dian)子電(dian)工(gong)產品(pin)等(deng)各個(ge)領域，并獲得了CMA和CNAS;雙重認可。