关于钢铁材料发展若干问题的思考.ppt

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1、钢铁材料发展若干问题的思考一、钢铁材料的抗拉强度与屈服比2004年6月抗拉强度与屈服强度的对比屈服强度应用范围不允许发生明显塑性变形的构件纯粹的强度指标抗拉强度应用范围允许发生一定程度的塑性变形的构件需要良好冷加工性能的构件保证安全性的构件既是强度指标，同时也是塑性和韧性指标抗拉强度与屈服强度的对比屈服强度控制机制位错大规模滑移，各种显微缺陷均有重要影响滑移距离无关与材料塑性无关抗拉强度控制机制微裂纹的萌生与扩展，弱化的晶界、夹杂物和大颗粒第二相影响较大扩展距离存在临界尺寸与材料塑性有关抗拉强度与屈服强度的相互影响屈服强度对微裂纹的形成过程具有重要影响抗拉强度是其屈服强度提高的极限，屈服强度

2、超过抗拉强度是不可能的，而屈服强度相当接近于甚至等于抗拉强度的钢材在实际工程中是不可能安全应用的抗拉强度在很大程度上是一个重要的塑性指标抗拉强度Rm与屈服强度RP之间的差值是材料塑性的重要指标材料屈服后继续变形将产生加工硬化，流变应力随均匀塑性变形量增加而不断增大，达到断裂应力后将不再继续均匀塑性变形而将发生断裂。抗拉强度Rm与屈服强度RP之间适当的差值一方面保证了均匀塑性的实现（屈服比很大时均匀塑性变形未完成就可能发生断裂），另一方面对非均匀塑性（乃至总塑性）有重要的影响屈服比在塑性变形中具有重要作用材料的屈服比被定义为RP/Rm屈服比大于或等于1的材料无塑性，且实际屈服强度被降低屈服比在

3、0.9以上的钢材在使用安全性方面存在隐患屈服比在0.6以下的钢材具有良好的冷加工变形性能抗拉强度在很大程度上是一个重要的韧性指标静力韧度UT被定义为静拉伸实验中材料断裂前单位体积所吸收的功：抗拉强度在很大程度上是一个重要的韧性指标断裂韧度将材料的断裂强度与微裂纹尺寸结合为一个韧性指标：材料断裂强度由Griffith脆性断裂理论推导并经塑性修正后的平面应变状态下材料的断裂强度SC为：提高材料断裂强度的机制减小微裂纹尺寸aC增大裂纹尖端塑性变形功γP（材料基体的比表面能γS变化幅度很小，一般在1-1.5J/m2范围；而裂纹尖端单位面积塑性变形功γP变化范围可从0变化到100000J/m2）微裂纹

4、的产生原有未钝化的孔洞或裂纹弱化的界面（晶界或相界），此时适当的微区塑性变形是必须的，因而材料的屈服强度对抑制微裂纹的产生具有重要作用微裂纹尺寸的控制因素塑性材料主要受屈服强度影响，大规模塑性撕裂可产生较大尺寸的微裂纹高强度材料主要受弱化的晶界尺寸或第二相（包括夹杂物）尺寸的影响微裂纹的扩展只有达到临界尺寸的微裂纹才会失稳扩展导致断裂，因而控制材料中的微裂纹失稳扩展必须控制微裂纹的最大尺寸而不是平均尺寸微裂纹亚临界扩展时的断裂塑性功与微裂纹形成时的断裂塑性功可能存在很大差别，因而导致微裂纹的扩展被加速或被抑制提高材料断裂强度的方法1消除晶界弱化现象（晶界尺寸相对较大，一般在数十至数百微米以上

5、，必须首先控制晶界微裂纹的产生）低熔点晶界偏析金属如铅、锑、铋、锡的消除低熔点金属如铜的抑制晶界偏析（加镍）低熔点共晶如磷共晶的消除（脱磷）晶界弱化元素的消除或抑制晶界偏析（脱硫，加硼）提高材料断裂强度的方法2大颗粒夹杂物或第二相尺寸的控制（其最大尺寸一般在数十微米以上）液析夹杂物或氮化物、碳化物的控制（降低夹杂物形成元素如氧、硫、磷、氮在钢中的含量，电磁搅拌使之上浮或细化，高温铁水快速冷却抑制液析）溶度积公式的应用（可能时固态回溶）最佳控制条件下仅使之在固态析出提高材料断裂强度的方法3适当的屈服强度屈服强度与裂纹尖端单位面积塑性变形功的矛盾，需要根据钢中可能的最大微裂纹尺寸而加以匹配屈服强

6、度低，容易在局部产生塑性撕裂形成大尺寸微裂纹（不受最大夹杂物颗粒尺寸影响）屈服强度高，裂纹尖端单位面积塑性变形功迅速下降具体计算结果SC，MPaγP，J/m2aC，mm20010000-50000018.1-90.54005000-100002.26-4.531000500-10000.0362-0.07242000200-5000.00362-0.00905特殊的思路使微裂纹被包围在塑性相当良好的基体组织处，将只会发生微孔聚合型韧性断裂微裂纹扩展路径中存在塑性相当良好的基体组织（连续软相）复相基体组织屈服强度主要取决于基体相中的软相的屈服强度：抗拉强度基本遵从混合物规律：需要重视的问题硬相

7、与软相之间的强度差足够大软相体积分数要足够小（保证抗拉强度）软相必须连续（保证软相中的位错可滑移出工件表面产生宏观塑性变形，同时保证微裂纹扩展中必然遇到软相）重要应用双相钢TRIP钢硬相：马氏体、贝氏体软相：奥氏体、铁素体方法：亚临界区加热后淬冷保持适当残余奥氏体形变诱导相变强化的基体组织初始组织较软，易于发生屈服；且必须是非稳定平衡组织形变诱导相变得到的平衡组织强度较高即形变诱导相变强化效果较大高锰钢TRI