冲击韧性低值分析.doc

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1、冲击韧性低值分析1冲击韧性1.1冲击载荷冲击载荷是指一个一定质量的物体以一定的速度冲击试样所施加的载荷。目的是实现高速加载，在极短的时间内将载荷加至特定的数值。加载速度的增高将引起金属塑性行为和断裂行为的改变。在金属材料的研究领域中，通常用材料的应变速率来描述加载的速度。各种加载方式相对应的应变速率应变速率（s-1）加载方式10-8~10-5恒载荷蠕变10-5~10-1静态拉伸10-1~102动态拉伸或压缩102~104机械冲击104~108爆炸冲击冲击加载时，金属塑性变形的应变率增长落后与载荷速率的增长。而且塑性变形来不及快速传播

2、，应变不是均匀的分布在金属整个体积内。在高的应变速率下，材料的屈服强度增大。甚至，当应变速率足够高时，可能在尚无明显的塑性变形之前就发生脆性断裂。1.2冲击试样的断裂过程冲击试样在冲击载荷下的变形和断裂包括弹性变形、塑性变形、裂纹的形成和裂纹的扩展几个阶段。由于缺口的存在，塑性变形只局限在缺口附近的区域。缺口越深越尖锐，参与塑性变形的体积越小。2韧性的影响因素2.1化学成分低合金高强度与其他微合金钢一样，都是在传统C-Mn钢的基础上进行合金设计，加入微量的Nb、V、Ti或少量的Mo、Ni、Cr、Cu等元素，组成不同强度等级的钢种。1

3、、C碳是提高管线钢强度最传统、最经济的元素，同时也是影响焊接性能最敏感的元素。随着碳含量的增加，钢的冲击韧性明显下降，偏析加剧，抗HIC和SSC的能力也下降，因此，提高管线钢的韧性，最根本的途径是降低碳含量。管线钢的发展方向是逐步趋向低碳和超低碳的，含碳量从最初的大于0.1%逐步降低，现在最低可达到0.01%。低的碳含量利于提高管线钢的塑性、韧性、和减小偏析，易于焊接，但是为弥补由此带来的强度损失就必须添加其他合金元素，通过微合金化及新的机械热处理技术实现多种强化机制来提高钢的强度。2、MnMn具有较强的固溶强化作用，对于管线钢的强

4、度提高有很大贡献；其还可降低γ-α相变温度，可以细化铁素体晶粒；适量的Mn可提高韧性，降低钢的韧脆转变温度；在冶炼中Mn能够起到脱硫作用，可以防止热裂。因此，低C高Mn是现代管线钢合金设计的基本理念。但是，Mn含量过大会导致控轧钢板的中心偏析严重，造成材料各项力学性能差异严重，并会导致管线钢抗HIC下降。根据管线钢板厚和强度的不同要求，钢中Mn的质量分数一般为1.2%—2.0%。强度级别不同的管线钢含Mn量有一定的差异，X70的含Mn量低于X80和X100。为了阻止Mn的过分偏析，X80和X100中Mn含量增加的同时其他合金元素也相

5、应增加。3、P、S硫和磷是钢中不可避免的杂质元素，含量需要严格控制，二者含量的增加均会使材料对裂纹的抵抗力明显减小，降低材料的冲击韧性。S常以条状硫化物的形态存在，它破坏了钢的连续性，显著降低钢的横向延展性和韧性；而且容易在钢的轧制方向产生氢致裂纹，因此要减少条状硫化物的数量或改变其形态。P是一种极易偏析的元素，P元素在轧制时的偏析倾向很大，它主要恶化管线钢的抗氢致裂纹能力和抗应力腐蚀能力，同时升高管线钢的韧脆转变温度，使管线钢发生冷脆的趋势加大，增加了安全隐患。4、B在微合金高强度钢中加入少量的硼元素，可以降低碳当量和提高焊接性。

6、B含量在0.001%时就可使钢的显微组织全部转变为贝氏体，过量的硼显然可以较显著地提高强度，但却降低韧性，特别是对脆性转变温度的影响更大。此外，在含Nb或Ti的钢中加入少量B，可以进一步提高奥氏体的再结晶温度，并降低奥氏体的转变温度，更有利于晶粒细化和组织强化。用B进行组织强化的管钱钢必须严格控制碳含量和氮含量，并以Ti固定氮，防止Fe23(CB)6和BN的出现而影响硼的作用。5、Nb、V、Ti这三种元素均有细化晶粒和沉淀强化作用。沉淀强化在提高屈服强度的同时，使韧性有所降低，然而，某些情况下，可由沉淀物引起的附加晶粒细化作用来补偿

7、。Nb要充分发挥其强化作用，首先必须固溶于γ-Fe中，由于Nb原子比Fe原子大得多，因而溶于γ-Fe中的含量十分有限，在低碳钢中一般不会超过0.04％。这种固溶铌在加热过程中可以阻碍奥氏体晶粒长大，在随后的控轧控冷过程中会在位错、亚晶界、晶界上沉淀析出铌的碳、氮化物，阻碍奥氏体动态再结晶，以利于晶粒细化。V在微合金化元素中具有最高的溶解度，是微合金钢最常用、最有效的强化元素之一。但当V单独加入时，由于V固溶得多，析出却很少，强化效果得不到有效发挥。氮是含钒微合金钢中一种十分有效的合金化元素，其与钒具有较强的亲和力，所以V的作用是通过

8、形成V(C、N)来影响钢的组织和性能的。有研究表明，V(C、N)颗粒大部分是在先共析铁素体内弥散析出，在珠光体内的铁素体区也有析出，析出相的沉淀强化作用可同时强化铁素体和珠光体。Ti在钢中主要以TiN出现，很稳定且不易分解。TiN在1