钢低温脆性概论

第三节 低 温 脆 性
现代化企业的雄姿
一、低温脆性的本质
材料在温度低于某一个温度t或者温度区间时，冲击 吸收功明显下降的现象称之为低温脆性，材料随之表 现为脆性。这种韧性材料转变为脆性材料的现象称之 为韧脆转变，所对应的温度t或者温度区间称之为韧 脆转变温度。但是，并不是所有的材料都存在韧脆转 变现象，例如，高强度及超高强度钢（面心立方金属 及其合金）在很宽的温度范围内没有低温脆性现象 （一般在20—42K的极低温度条件下，奥氏体钢和铝 合金有冷脆现象），部分材料的材料
连杆螺钉 18Cr2Ni4WA 材料
磷含量影响连杆螺钉 18Cr2Ni4WA 材料的低温冲击性能
影响冲击韧度的因素主要有淬透性差、金相组织不合格、第二类回火脆性， 以及杂质元素含量高形成第一类回火脆性等。18Cr2Ni4WA材料属于中合金 高强度钢，其淬透性非常好，可达100mm以上，因此不存在金相组织不合格 的问题。对于第二类回火脆性，采用回火后水冷与空冷的对比，发现冲击韧 度变化不明显，第二类回火脆性不明显。因此，杂质元素含量高就是一个重 要原因，这些杂质元素形成了第一类回火脆性，但分析其中的铅、锑、锡、 砷等四种杂质，其总量不超过0.1％，因而磷含量高也就是影响回火脆性的一 个主要原因。
三、落锤试验
NDT的确定：低强度钢防止脆性断裂的设计准则 ➢ NDT设计标准 保证结构件的工作温度高于材料本身
的NDT，构件在高应力区由于小裂纹的存在不会造 成脆性断裂的发生； ➢ NDT+33℃设计标准 适用于原子能反应堆压力容器 标准； ➢ NDT+67 ℃设计标准 适用于全塑性断裂情况下，仍 能保证最大限度的抗断能力，原子能反应堆压力容器 标准； ➢ 断裂分析图FAD（图3-9）。
金属材料的韧脆转变

结构钢的低温冷脆及断裂机理概述引言随着现代工业的发展，工程结构中越来越多地使用到了高强度钢材，但在低温使用条件下，高强度结构钢的断裂韧性下降，其冷脆性增加，给工程带来了很大的危害。

因此，研究结构钢在低温环境下的力学特性及其变化规律，对于保证工程安全至关重要。

本文将简单介绍结构钢的低温冷脆性及其断裂机理。

低温冷脆性的概念低温冷脆性是指在低温条件下，材料失去了韧性，而变得脆性，在受到应力时会迅速断裂的现象。

MDP试验是评价结构钢低温冷脆性的一种方法，其通过测定钢试样在低温条件下残余强度比例（MDP值）来评价结构钢的低温冷脆性。

低温冷脆性的影响因素化学成分结构钢的化学成分对其低温冷脆性影响较大。

对于富含碳的钢材，其含碳量越高，低温冷脆性就越明显。

而添加一些合金元素，如锰、钼、铬等，可以显著提高结构钢的低温韧性。

晶界强化效应晶界处是结构钢中容易发生裂纹扩展的部位，晶间的强化效应可以提高结构钢的力学性能。

而在低温下，结构钢中的晶界强化效应减弱，导致晶界更加容易断裂，从而影响结构钢的低温韧性。

微观结构综合各种因素来看，晶粒细小、结构均匀的结构钢在低温下具有更好的韧性，并能够避免冷脆断裂。

结构钢的断裂机理在低温条件下，结构钢的断裂机制会发生明显的变化。

一般来说，有两种断裂模式：韧性断裂在低温下，结构钢中的韧性断裂主要靠金属基体中针状铁素体细微断裂形变和顺性裂纹扩展。

裂纹从铁素体中间开始扩展，并沿着晶界扩展，最终导致断裂。

因此，增强结构钢的针状铁素体细微断裂形变能力，有助于提高结构钢的低温韧性，抑制韧性断裂的发生。

脆性断裂在低温下，结构钢中的脆性断裂主要靠晶间断裂或微孔断裂实现。

因此，在设计结构钢时，需要考虑其晶粒度以及包括控制焊接热输入在内的生产工艺因素，以提高结构钢的低温韧性，防止脆性断裂的发生。

结论结构钢的低温冷脆性及其断裂机理直接关系到工程结构的安全运行。

为了提高结构钢在低温使用条件下的韧性，可以通过增加合金元素、控制晶粒度以及改善其生产工艺等措施，进一步探究其断裂机理，促进结构钢在低温下的稳定使用。

中、低合金结构钢的低温脆性及选材低温脆性指温度低于某一温度时,材料由韧性状态变为脆性状态,冲击值明显下降的现象。

工程上常用的中、低强度结构钢经常发生此类现象。

我国东北许多矿山上用的进口大型机械，在冬季就有低温脆性引起的大梁、车架等断裂现象，另外，日本汽车在东北冬季也出现过车架低温脆断问题。

1935年比利时在Albert运河上建造了大约50座焊接大桥，这些桥梁在以后几年中不断发生脆性断裂事故：38年3月Albert 河上Hasseld桥全长74.5米在气温-20℃时发生脆性断裂，整个桥断成三段坠入河中；以后又陆续发生断裂事故，到1950年就有6座在低温下发生脆断。

在二战期间，美国焊接的轮船在使用中发生大量的破坏断裂事故，其中238艘完全报废，19艘沉没。

值得注意的是，大部分脆断是在气温较低的情况下发生的。

当时美国船舶技术标准中没有对船舶用钢的低温脆性和缺口敏感性提出要求。

人们没有认识到此问题的重要性。

这些是我们在设计、制造高原车需要注意的问题。

1．低温脆性产生的原因：金属材料在不同温度、应力状态、加载速度和环境的作用下，断裂形式各不相同。

在工程实际使用的钢材中，脆性断裂的微裂纹形成机理是个非常复杂的问题，目前许多文献发表了这方面的研究成果，主要认为：1.1.钢中的第二相颗粒(夹杂物、碳化物)对钢的脆性裂纹形成影响很大。

脆性微裂纹可以有碳化物本身破碎开始，也可起源于硫化锰夹杂物处。

另外，第二相颗粒的大小对裂纹成核也有一定的影响，小的颗粒不易引起裂纹的产生。

1.2.低温脆性可起源于晶界。

晶界裂纹形成除了晶界上碳化物影响之外，微量有害元素偏析于晶界引起晶界脆化也是个重要因素，磷、硫、锑等元素及溶解的氧、氢、氮等气体在晶界偏析，大幅度降低了晶界脆性断裂抗力，提高了脆性转变温度。

1.3.应力及位错理论：主要观点认为金属中脆性断裂可起源于：金属晶格中的滑移面阻塞处、机械孪晶的交叉处、应力集中处以及前述的晶界处等。

2.3 脆性及脆性转变温度
4、强化=脆性？4.1材料的屈服与断裂
4.2引起材料破坏的原因
4.2.1外在原因：内部夹杂、裂纹、气体含量超标及环境腐蚀。

4.2.2内在原因：
成分、组织结构影响；
缺陷：点缺陷：空位、
间隙原子、杂质原子等，
晶格畸变；线缺陷：位错；
面缺陷：晶界、亚晶界、
层错、相界等。

材料的薄
弱环节，引起材料的破坏。

水韧处理的一级晶粒度的试样分别在常温（a）、-70℃（b）下的断口形貌。

调整热处理3-4级晶粒度的试样分别在-70℃（a）、-120℃（b）下的断口形貌。

成分调整前后对照，降低碳，增加镍、钼含量。

将热处理工艺由正火+回火改为完全退火+调质
�控轧--有效地将铁素体晶粒细化
�控冷--进一步细化铁素体晶粒，抑制珠光体相变，生成含贝氏体组织的混合组织。

玻璃粘弹性
转变与此相似玻璃化转变温度。

20世纪30年代以来，国外发生过多次桥梁构件脆断的事故。

分析表明，金属或合金在低于某个临界温度的条件下，韧性急剧降低，性质变脆。

这个温度(实际上足一个温度范围)叫做脆性临界转变温度。

随着科学技术的发展，为了适应低温的要求，人们研制了各种低温钢。

钢的低温机械性能与它的晶体结构有很大关系，几乎所有钢种的强度、硬度和弹性模量都随着温度的降低而提高。

而大部分钢的塑性和韧性却随温度的降低有不同程度的降低。

其中，一类钢种随着温度下降，屈服强度迅速提高到强度极限的数值，从而转向脆性破坏；另—类钢种则随着温度的下降，其强度提高，而塑性和韧性指标仍保持较高数值。

前者通常具有体心立方晶格，叫做冷脆体：后者一般具有面心立方晶格，叫做非冷脆体。

因此，具有面心立方晶格的金属材料，如奥氏体不锈钢，在低温技术中首先得到应用。

随着对低温钢需求量的增大和使用温区的多样化，各国已研制出许多低合金低温钢。

对于低温钢的技术要求一般是：在低温下具有足够的强度和充分的韧性，具有良好的工艺性能、加工性能和耐腐蚀性等。

其中低温韧性，即低温下防止脆性破坏发生和扩展的能力是最重要的因素。

所以，各国通常都规定出最低温度下的一定的冲击韧性值。

在低温钢成分中，一般认为，碳、硅、磷、硫、氮等元素使低温韧性恶化，其中磷的危害最大，所以在冶炼中应早期低温脱磷。

锰、镍等元素能使低温韧性提高。

每增加1%的镍含量，脆性临界转变温度约可降低20℃左右。

低温钢一般在碱性感应电炉、电弧炉中进行冶炼。

出钢温度和浇铸温度均不宜过高，过高的出钢温度会使钢水中气体增多：过高的浇铸温度则导致晶粒粗大，因而降低低温韧性。

热处理工艺对低温钢的金相组织和晶粒度有决定性影响，从而也影响钢的低温韧性。

经过调质处理后的低温韧性有明显的提高。

根据热加工成型方式的不同，低温钢可分为铸钢和轧材两种。

根据成分和金相组织的区别，低温钢可分为：低合金钢、6％镍钢、9％镍钢、铬—锰或铬—锰—镍奥氏体钢以及铬—镍奥氏体不锈钢等。

名词解释钢的冷脆性钢的冷脆性是指钢在低温环境下，其韧性和韧度明显降低，易于发生断裂的性质。

冷脆性是一个非常重要的物理性质，特别是在工程结构和制造领域中，对材料的选择和使用有着重要的指导作用。

1. 冷脆性的原因钢的冷脆性主要源于其晶体结构和形变能力的变化。

普通钢由铁和少量的碳组成，这些原子按一定的排列方式组成晶体结构。

在正常温度下，铁原子和碳原子之间会形成一种强固的晶间键，从而使钢具有一定的韧性。

然而，在低温下，晶间键受到温度的影响而变得脆弱，容易发生断裂。

此外，钢的冷脆性还与其成分和处理方式有关。

某些合金元素，如硫、磷等，会增加钢的冷脆性。

同时，通过热处理和控制合金元素的含量，可以降低钢的冷脆性，增强其韧性。

2. 冷脆性的影响钢的冷脆性对工程结构和制造具有重要的影响。

首先，冷脆性会降低材料的韧性和延展性，增加断裂的风险。

在低温环境下，工程结构如桥梁、压力容器等容易发生脆性断裂，给人们的生活和财产带来潜在的危害。

其次，冷脆性对材料的选用和使用提出了要求。

在寒冷的地区或低温环境下，需要选择具有较高韧性的钢材。

同时，在工程中需要考虑材料的使用温度和环境，选择适当的材料，以避免冷脆性的影响。

3. 钢的冷脆性的测试和控制为了评估钢的冷脆性，人们开发了许多测试方法。

最常用的方法是冲击试验，即通过对材料施加冲击载荷，观察其断裂性能。

冲击试验可以得到冷脆转变温度和脆性指数等参数，用于评估钢的冷脆性。

为了控制钢的冷脆性，可以采取一系列措施。

首先是优化合金元素的配比，控制杂质含量。

其次是采用适当的热处理工艺，如淬火、回火等，以改变钢的晶体结构和性能。

此外，还可以通过添加合适的合金元素或采用特殊处理工艺，如控制冷却速率等，来提高钢的韧性和抗冷脆性能。

4. 钢的冷脆性在实际应用中的例子钢的冷脆性在实际应用中具有重要的意义。

例如，在航空航天领域，机身和发动机零部件常常需要在极低温环境下运行，对钢材的抗冷脆性提出了很高的要求。

结构钢的低温冷脆及断裂机理概述
低温下结构钢的断裂问题，一直是工程结构设计和安全评估中的重要问题之一。

低温下的结构钢会出现低温冷脆性，引起钢材的断裂和失效，对工程的安全性产生严重的影响。

结构钢在低温下的行为与常温下存在很大的差异，主要表现在两个方面，一个是力学性能的改变，另一个是断裂机理的变化。

低温下的结构钢会呈现出低强度、高脆性的特点，即使是强度较高的钢也可能在低温下发生失效。

低温冷脆性是指当钢材在低温下受到冲击或载荷时容易发生韧性断裂或脆性断裂，这是由于钢材的冷脆性增加和塑性韧性降低所引起的。

低温冷脆性的发生机理主要涉及到结构钢的微观组织结构和晶界特征，包括晶粒的取向、晶界的纯度和形态等。

常见的低温冷脆性失效形式包括韧带断裂、半韧带断裂和完全断裂。

其中韧带断裂是指断口呈现出一定的韧性特征，而半韧带断裂则是在韧带断裂和完全断裂之间的一种失效形式。

低温下的断裂机理与常温下也存在很大的差异。

在常温下，断裂主要是由裂纹起始和裂纹扩展所引起，裂纹扩展的主要机制是晶界滑移和裂纹穿过晶界。

而低温下，断裂机理主要涉及到钢材的晶体结构和晶粒取向的变化。

钢材在低温下的晶粒组织结构会发生变化，晶粒的取向发生改变，这将导致新的晶界的产生，从而影响到断裂的扩展方向。

为了提高结构钢在低温下的使用安全性，需要采取一些措施，主要包括：选择冷脆性较小的钢材、提高钢材的韧性和降低钢材的硬度、控制结构钢的冷却速度、使用适当的焊接工艺、减少钢结构的热影响和提高钢结构的防腐蚀
性能等。

此外，需要在结构钢的设计和评估中考虑低温下的影响，对结构的安全性进行充分评估。

钢结构脆性破坏分析结构的脆性破坏是各种结构可能破坏形式中让人最头痛的一种破坏。

脆性断裂破坏前结构没有任何征兆不出现异样的变形，没有早期裂缝。

脆性断裂破坏时，荷载可能很小，甚至没有任何荷载的作用。

脆性断裂的突发性，破坏过程的瞬间性，根本来不及补救，大大增加了结构破坏的危险性。

一、钢结构脆性断裂的特征脆性破坏，破坏时几乎不发生变形，而且是瞬间发生，破坏时应力低于极限承载力。

钢材晶格之间的剪切滑移受到限制，使变形无法发生，脆性破坏的结果是钢材晶格间被拉断。

发生的机会较多，因此非常危险。

在处于韧性状态的材料中，裂纹的扩展必须有外力做功。

如果外力停止做功，裂纹也就停止扩展。

在处于脆性状态的材料中，裂纹的扩展几乎不需要外力做功，仅在裂纹起裂的时候，从拉应力场中释放出的弹性能可驱动裂纹极为迅速的扩展。

对于钢结构，发生脆性破坏时，已经注意到主要有以下一些共同的特征：残余应力的存在在某些构件的空洞、缺口、尖锐凹角、截面突变及焊接部分引起三轴向拉力；所用钢材对含有大量非金属杂质很敏感；板厚度过大影响；应力集中影响；多数破坏发生在低温情况下；焊接和钢材中冶金质量影响；脆性断裂在所有情况下发生都是突然的。

二、影响钢结构脆性断裂的因素2.1 裂纹断裂力学的出现，较好的解答了钢结构低应力脆断问题。

钢结构或构件的内部总是存在不同类型和不同程度的缺陷。

比如对接焊缝的未焊透，角焊缝的咬边，未熔合等。

这些缺陷通常可作为裂纹看待。

断裂力学认为，解答脆性断裂问题必须从结构内部存在微小裂纹的情况出发进行分析。

断裂是在侵蚀性环境作用下，裂纹扩展到临界尺寸时发生的。

裂纹有大小之分。

尤其是尖锐的裂纹使构件受力时处于高度应力集中。

裂纹随应力的增大而扩展，起初是稳定的扩展，后来达临界状态，出现失稳扩展而断裂。

对于高强钢材制作的结构，构件中储存的应变能高，断裂的危险性也就大于用普通钢材的结构。

因此，对高强钢材的韧性应要求更高一些。

2.2 应力集中的影响钢结构由于孔洞、缺口、截面突变等不可避免，在荷载作用下，这些部位将产生局部高峰应力，而其余部位应力较低且分布不均匀的现象称为应力集中。

钢材的冷脆性名词解释钢材的冷脆性是指在低温条件下，钢材失去了塑性，破坏性质变为脆性的现象。

钢材冷脆性会导致钢材易于发生断裂、破裂等失效现象，严重影响钢材的强度和使用寿命。

钢材的冷脆性主要与其化学成分和晶体结构有关。

当钢材中含有高碳、高硫、高磷等杂质时，易于形成脆性相，从而增加了冷脆性的发生概率。

同时，当钢材的晶体结构为纤维状、岛状或板条状时，易于形成应力集中点，也会加剧钢材的冷脆性。

常见的钢材冷脆性的表现有：1. 断口呈现明显的晶粒状结构，即一根根平行排列的晶粒，相互之间没有断裂韧性，容易发生断裂。

2. 在低温下，钢材的塑性急剧下降，无法承受较大的应力，容易发生断裂。

3. 冷脆性的发生与应力有关，应力越大，断裂的概率越高。

钢材的冷脆性会对工程结构及设备的使用安全造成严重影响。

在寒冷地区或低温条件下，如果使用冷脆性较高的钢材，容易导致设备的出现断裂、失效等事故，从而危及人身安全。

因此，需要在设计和选材时，严格控制钢材的冷脆性。

为降低钢材的冷脆性，可以采取以下措施：1. 控制钢材的化学成分，减少高碳、高硫、高磷等杂质的含量，以降低冷脆性的发生概率。

2. 通过热处理来改变钢材的晶体结构，在高温条件下进行淬火、退火等热处理工艺，使钢材的晶体结构更加均匀，减小晶界间的间隙和缺陷，从而提高钢材的韧性。

3. 选择冷脆性较低的合金元素进行掺杂，如增加镍、铬、钴等元素的含量，可以提高钢材的韧性和抗冷脆性能。

总之，钢材的冷脆性是指在低温条件下失去了塑性并变得脆性的性质。

通过控制钢材的化学成分、改变晶体结构和选择合适的合金元素等方法，可以降低钢材的冷脆性，提高其使用性能和安全性。

钢的冷脆性名词解释钢的冷脆性是指钢材在低温下易发生脆断现象的特性。

钢的常见冷脆性是由于组织结构中的铁素体和铁碳化物与低温作用的相互关系导致的。

当钢材受到外力作用时，如果钢材的冷脆性较高，其韧性和延展性会降低，容易发生脆断，从而造成重大安全隐患。

冷脆性是一个较为复杂的物理现象，其原因涉及到钢的晶界、碳含量、组织结构等多个方面。

首先，钢材的晶界是冷脆性产生的关键因素之一。

在低温下，钢材的晶界会产生缺陷，导致晶界强度降低，从而加剧了冷脆性。

其次，钢材的碳含量也会对冷脆性产生影响。

高碳钢往往冷脆性较高，而低碳钢则较为韧性，这是由于碳元素对钢材的晶界缺陷和断裂韧性的影响。

此外，钢材的组织结构对冷脆性也有较大的影响。

钢材经过热处理和冷却后，会形成不同的组织结构，如马氏体组织和珠光体组织。

马氏体组织较硬而脆，而珠光体组织则较为柔韧。

在低温下，钢材的马氏体组织容易发生脆断，而珠光体组织能够提高钢材的韧性。

冷脆性是制约钢材在低温环境下使用的一个重要因素。

在一些寒冷地区，低温环境下的钢材使用必须特别谨慎，以避免由于冷脆性产生的安全隐患。

工程师们通过优化钢材的配方和热处理工艺，可以降低钢材的冷脆性，提高其在低温环境下的可靠性。

此外，添加一些合金元素，如镍、铬等，也可以改善钢材的冷脆性，提高其机械性能。

对于某些需要在低温环境下工作的设备或结构，冷脆性的考虑非常重要。

例如，在石油、天然气开采中使用的输送管道，由于运输液体会产生较低的温度，必须选择具有良好冷脆性的钢材。

如果使用冷脆性较高的钢材，则存在管道断裂的风险，不仅会造成重大经济损失，还可能导致环境污染和人员伤亡。

在科学研究领域，对钢材的冷脆性进行研究也是至关重要的。

科学家们通过实验和理论计算，不断深入了解钢材的冷脆性机制，并提出了一系列对策来降低冷脆性。

这些研究结果不仅对工程领域有着重要意义，还对钢材制造业的发展和创新提供了参考。

总之，钢的冷脆性是指钢材在低温下易发生脆断现象的特性。

第三节 低温脆性
一、低温脆性现象
定义：
体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及
其合金，特别是工程上常用的中、低强度结构钢（铁 素体-珠光体钢），在试验温度低于某一温度tk时，会 由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断 裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理，断口特征由纤维 状变为结晶状，这就是低温脆性。
CAT
断裂分析图的优点：
(1) 为低强度钢构件防止脆断设计和选材提供了一个 有效方法；
(2) 可用来分析脆性断裂事故，帮助积累防止脆性断 裂的有关经验。
断裂分析图的缺点：
未考虑加载速率和板厚的影响
第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素
一、晶体结构
二、化学成分
三、显微组织
二、化学成分
间隙溶质元素溶入 铁素体基体中，偏 聚于位错线附近， 阻碍位错运动，导 致屈服强度的升高， 钢的韧脆转变温度 升高。
韧性温度储备，也就是说具有一定的△值， △=t0-tk。
同一材料，使用同一定义方法，由于外界因素的 变化（如试样尺寸、缺口尖锐度和加载速率等）， tk也要变化。
所以在一定条件下用试样测得的tk，由于和实际 结构工况之间无直接联系，所以不能说明该材料 制成的机件一定在该温度下脆裂。
三、落锤试验和断裂分析图
结束语
当你尽了自己的最大努 力时，失败也是伟大的 ，所以不要放弃，坚持 就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortco小
细化晶粒可使材料 的韧性增加

在较低环境温度下工作：当温度从常温开始下降肘,材料的缺口韧性将随之降低,材料逐渐变脆。

这种性质称为低温冷脆。

不同的钢种,向脆性转化的温度并不相同。

同一种材料,也会由于缺口形状的尖锐程度不同,而在不同温度下发生脆性断裂。

影响低温脆性的因素很多,它不仅取决于晶格类型,还受材料的成分、组织等因素的影响.分别讨论材料成分、晶粒尺寸、显微组织对低温脆性转变温度的影响。

可以从两个方面来解释：宏观上材料的断裂强度与屈服强度与温度有关系，对称度低的金属这个特点就更明显，一般是材料的断裂强度随温度的降低而减小，屈服强度会增加。

这两个函数在脆韧转变温度处相交，在这个温度以下材料的屈服强度比断裂强度大，因此材料在受力时还未发生屈服便断裂了，材料显示脆性。

从微观机制来看低温脆性与位错在晶体点阵中运动的阻力有关，阻力增大，则材料屈服强度也相应增加，因为材料在塑性变形时主要依靠位错运动来完成的。

对对称性低的金属，合金而言，温度降低位错运动的点阵阻力增加，原子热激活能力下降。

因此材料屈服强度增加。

影响材料脆韧转变的因素有：1．晶体结构，对称性低的体心立方以及密排六方金属，合金转变温度高，材料脆性断裂趋势明显，塑性差；2．化学成分，能够使材料硬度，强度提高的杂质或者合金元素都会引起材料塑性和韧性变差，材料脆性提高；3．显微组织，显微组织包含以下几个方面的影响：晶粒大小，细化晶粒可以同时提高材料的强度和塑性，韧性。

细化晶粒提高材料韧性原因为,细化晶粒可以使基体变形更加均匀，晶界增多可以有效的阻止裂纹的扩张，因塑性变形引起的位错的塞积因晶界面积很大也不会很大，可以防止裂纹的产生；金相组织；4．温度的影响：温度影响晶体中存在的杂质原子的热激活扩散过程，定扎位错原子气团的形成会使得材料塑性变差。

5．加载速度的影响：提高加载速度如同降低材料的温度，使得材料塑性变差，脆化温度升高。

6．试样形状以及尺寸的影响。

影响低温脆性的因素很多,它不仅取决于晶格类型,还受材料的成分、组织等因素的影响.分别讨论材料成分、晶粒尺寸、显微组织对低温脆性转变温度的影响。

4. 图3.5为σs和σc随温度变化的示意图，两条曲线相交的
温度tk称为
，低于该温度时，材料受过载力
后产生
断裂；采用光滑试样拉伸与缺口试样
拉伸用相同试验方法测定该温度时，
试样测
得的该温度较高。
5. 下列哪种材料在冲击韧性试验中通常需开缺口？
A 20CrMnTi B W18Cr4V C 铸铁 D 3Cr2W8V
由于早年的Titanic 号采用了含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈 脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。
近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。
Titanic号钢板(左图)和近代船用钢板(右图)的冲击试验结果
右图是建造中的 Titanic 号。
Gannon 的文章指出， 在水线上下都由10 张 30 英尺长的高含硫量 脆性钢板焊接成300英 尺的船体。
船体上可见长长的焊 缝。船在冰水中撞击 冰山而裂开时，脆性 的焊缝无异于一条300 英尺长的大拉链，使 船体产生很长的裂纹， 海水大量涌入使船迅 速沉没。
这是钢材韧性与人身 安全的一个突出例证。 建造中的Titanic 号，可以看到船身上长长 的焊缝
低温脆性是材料屈服强 度随着温度的降低急剧 增加的结果。
球化处理可改善钢的韧性。
2、在较高强度水平时，如中、高碳钢在较低等温 温 的度淬火下回获火得下组贝织氏 。体组织，则Ak与tk优于同强度
3氏、体相。同强度水平下，典型上贝氏体的tk优于下贝 4、在某些马氏体钢中存在奥氏体，可以抑制解理
断裂。 5、钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性
有重要影响，无论第二相位于晶界还是独立于基 体中，当尺寸增大时材料韧性下降，tk升高。
1. 按能量定义tk的方法

对于结构钢的低温冷脆及断裂机理概述导读:晶粒细化有助于提高材料抗低温脆断的能力。

脆性断裂机理,结构钢的低温冷脆及断裂机理概述。

关键词:冷脆转变,脆性断裂机理,低温脆断 1.前言钢的低温脆性断裂是钢结构最危险的破坏形式之一,原因是断裂瞬间发生,断裂时无明显的塑性变形,而且构件破坏时其承载能力很低。

实际工程中钢结构,如压力容器、船舶、桥梁等,由于低温脆性造成的脆断事故时有发生,造成巨大损失[1]。

2.低温冷脆特点及其影响因素当温度降低到某一程度时,金属材料的冲击吸收能量明显下降并引起脆性破坏的现象称为冷脆。

金属的低温脆断具有以下特点[2]:(1)断裂时所承受的工作应力低。

(2)脆性断裂时,裂纹的扩展速度极快,且脆断之前无任何预兆。

(3)材料脆断温度通常接近材料的韧脆转变温度。

,脆性断裂机理。

(4)脆断常起源于构件自身存在缺陷处。

(5)脆性断裂的宏观断口平齐,断面收缩率小,外观上无明显的宏观变形特征。

影响金属冷脆的主要因素有以下几个方面。

(1)晶粒度当晶粒尺寸大于冷机晶粒尺寸时,结构会产生脆性断裂。

因此,晶粒细化有助于提高材料抗低温脆断的能力。

(2)晶粒结构体心立方晶格金属及其合金或某些密排六方晶格金属及其合金,特别是工程上常用的中、低强度结构钢有明显的冷脆现象,而面心立方金属及其合金一般没有低温脆性现象。

,脆性断裂机理。

(3)形变速率提高形变速率使材料脆性增大韧脆转变温度升高。

一般中、低强度钢的韧脆转变温度对形变速率比较敏感,而高强度钢、超高强度钢则较小。

(4)板厚板厚的增加,脆性转变温度提高[3]。

(5)钢的化学成分及组织当C<0.25%热轧碳钢冲击脆性转变温度TC的经验方程[4]:(1)式中Nf为固溶的自由氮量(%);P为珠光体的百分比;Si为硅的重量百分比;d为晶粒尺寸(mm)。

3.低温脆性断裂的过程及机理钢具有强度高、塑性和韧性好等特点,这些特点保证了钢结构具有较好的工作可靠性。

但是在低温的条件下,钢的塑性和韧性降低,提高了钢结构发生脆断的可能性。

低温用低合金钢的低温脆性及其影响因素分析低温下，低合金钢往往表现出一定的脆性，这种现象被称为低温脆性。

低温脆性会对低温环境下的结构材料的性能和可靠性造成重要影响。

本文将对低温用低合金钢的低温脆性及其影响因素进行分析。

低温脆性一般指材料在低温下发生脆断的倾向。

当材料处于低温环境中时，塑性变形能力和韧性往往会降低，导致材料易于发生断裂。

低温脆性的主要表现是材料的韧性和延展性下降，断裂强度增加。

这种现象在低合金钢中尤为显著。

低温脆性的影响因素有多种，下面将对重要的因素进行分析。

1. 成分和微观结构低合金钢的成分和微观结构是影响低温脆性的重要因素。

一般来说，铁碳合金的碳含量越高，低温脆性越严重。

此外，合金元素的添加也会对低温脆性产生影响。

例如，含有大量锰的钢在低温下具有较好的韧性，而含有过量硫和磷的钢则易于产生低温脆性。

微观结构上，低温脆性与材料的晶体结构、晶粒尺寸和晶界质量有着密切的关系。

2. 冶炼和热处理工艺冶炼和热处理工艺对低温脆性也有重要影响。

例如，冷变形会增加材料的脆性。

过高的冷变形量和过快的冷却速度都会增加低温脆性的程度。

此外，热处理条件的选择也会影响低温脆性。

通常，合适的热处理可以改善材料的韧性，并减轻低温脆性的程度。

3. 制造工艺和应力状态制造工艺和应力状态对低温脆性的影响也不可忽视。

例如，焊接过程中的热输入和冷却过程会对低温脆性产生显著影响。

焊接热输入过高和快速冷却会导致材料在焊接区域产生较大的残余应力和组织结构变化，从而增加低温脆性的程度。

4. 工作温度和试验速率工作温度和试验速率也是影响低温脆性的重要因素。

低温下的材料在受力时易于发生断裂。

同时，试验速率的增加会导致材料的韧性降低，使低温脆性更为明显。

综上所述，低温脆性是低温用低合金钢常见的现象，对结构材料的可靠性和使用性能造成重要影响。

成分和微观结构、冶炼和热处理工艺、制造工艺和应力状态、以及工作温度和试验速率都是影响低温脆性的重要因素。

低温下钢的力学性能的研究陆逢（中国矿业大学材料学院）【摘要】作者针对北方冬天低碳钢承载钢架突然断裂的现象展开研究，分析钢的断裂与温度的关系，找出规律性，并以此寻找出防止钢在低温下发生脆断的的措施。

试验结果表明, 钢材的强度均随温度的降低而提高, 塑性指标随温度的降低而减小。

【关键词】低温脆性碳钢力学性能引言低碳钢在低温下会发生突然的断裂，钢材的很多力学指标随着温度的变化而发生改变。

尤其随着温度的降低, 钢结构发生脆性破坏时的名义应力非常低。

随着温度的降低, 钢材的脆性增大, 塑性降低, 结构的性能也发生很大的变化。

为了保证结构设计的安全, 不仅要考虑结构在某个温度下的状态, 更需要了解在某个温度范围结构力学性能的变化规律。

我国北方部分地区冬季最低温度（1）断裂时所承受的工作应力低。

（2）脆性断裂时，裂纹的扩展速度极快，且脆断之前无任何预兆。

（3）材料脆断温度通常接近材料的韧脆转变温度。

（4）脆断常起源于构件自身存在缺陷处。

（5）脆性断裂的宏观断口平齐，断面收缩率小，外观上无明显的宏观变形特征一．实验部分1.冲击试验1.1材料与试样本实验选用20钢作为试样。

试验用料首先锻成毛坯, 经850 ℃退火后再粗加工成10. 5mm×10. 5mm×55mm 的原始试样, 经850 ℃油淬,600 ℃回火空冷, 再精加工成标准的10mm×10mm×55mm 的V 型缺口冲击试样。

国家标准中规定的标准试样有U 型缺口和V 型缺口两种。

同一种材料, 试样的缺口愈尖锐,塑性变形的体积愈小, 冲击功也愈小, 材料表现脆性愈显著。

因此对于同一种材料V 型缺口试样要比U 型缺口试样更脆些, 为了更安全, 我们选用了V 型缺口试样。

1.2试验方法采用液氮为冷却剂, 以无水乙醇为冷却介质。

液氮和无水乙醇的适当调和达到所要求的试验。

温度。

测温使用低温酒精温度计。

试样在冷却介质中保温15min。

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低温钢的技术要求
①韧性－脆性转变温度低于使用温度； ②满足设计要求的强度； ③在使用温度下组织结构稳定； ④良好的焊接性和加工成型性； ⑤某些特殊用途还要求极低的磁导率、冷收缩率 等。
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化学成分对低温钢的影响
▪ 在低温钢成分中，一般认为，碳、硅、磷、硫、氮等元素使低温韧性恶化， 其中磷的危害最大，所以在冶炼中应早期低温脱磷。锰、镍等元素能使低 温韧性提高。每增加1%的镍含量，脆性临界转变温度约可降低20℃左右。
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▪ 钢的低温机械性能与它的晶体结构有很大关系，几乎所有钢种 的强度、硬度和弹性模量都随着温度的降低而提高。而大部分 钢的塑性和韧性却随温度的降低有不同程度的降低。其中，一 类钢种随着温度下降，屈服强度迅速提高到强度极限的数值， 从而转向脆性破坏；另—类钢种则随着温度的下降，其强度提 高，而塑性和韧性指标仍保持较高数值。前者通常具有体心立 方晶格，叫做冷脆体：后者一般具有面心立方晶格，叫做非冷 脆体。
低温钢的介绍
泰坦尼克号的沉没
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金属或合金在低于某个临界温度的条件下，韧性急剧降低， 性质变脆。这种现象叫做低温脆性。
这个温度(实际上 足一个温度范围)叫 做脆性临界转变温 度（Tc）。