钢材的韧性及其控制
关于钢材的冲击韧性和应变时效敏感性有关问题的讨论
Resea rch on the Impact Toughness a nd Stra in Aging Sens itivity of Steel
此。
据文献[巧]介绍，武钢生产的低合金结构钢 WH510 钢及WH530 钢， 其强度和韧性分别优于GB
6654-1996 中的 16MnR 及 15MnVR。在 GB 4160-84
我国现行钢材标准 GB 700-88 和 GB/T 1591-94, 对钢材的冲击韧性要求是作为钢材出厂必须满足的 ‘ 技术条件提出的， 且明确给出了不同温度下的冲击功 指标， 并明确规定冲击试样为纵向 试样， 型缺口 V (参 见表 1)。在GB 700-88 和 GB/T 1591-94 中则均未提
钢材 ; 冲击韧性 ; 应变时效
关键词
0 引言
本文根据已收集到的资料， 对国内外有关钢材标 准和压力容器规范及水电站压力钢管设计规范关于 钢材冲击韧性和应变时效敏感性的有关规定进行了 分析与比较， 对要否在钢管规范修订稿中提出钢材冲 击韧性和应变时效敏感性的指标进行了讨论， 并提出 了 相应的建议，可供规范组参考。
c _ A - AsX00% k k 1 O
Ak
( 1)
式中， Ak— Ak, —
和 GB/T 1591-94 《 低合金高强度结构钢》[1 等钢板 3}
标准 ，规定冲击试样为纵 向试样 ; 我 国的 GB
6654-1996 《 压力容器用钢板》14} 1 则规定冲击试样为 横向 试样。国外(如日 本、英国等国家)的钢板标准关
低温钢材的韧性要求
（2）取样规则
根据需要，钢材可按批进行冲击试验取样，其分批要求及试样截取应遵循以下规定。
①钢板每批钢板由同一牌号、同一炉罐号、同一规格和同一热处理制度组成。每批钢板质量按厚度分类：6-16mm钢板应不大于15t；大于16mm钢板应不大于25t。每批取1组试样，试样方向为横向。
-196℃者。
①因钢材的尺寸限制，无法制备5mm×10mm×55mm冲击试样者，且设计温度不低于-45℃者。
②在GB 150所列的低碳钢和碳锰钢钢管，因钢管尺寸限制，无法制备5mm×10mm×55mm冲击试样者，且设计温度不低于表13-5者。
表13-5免做冲击试验的钢管最低设计温度
钢管名义厚
度mm
1086最终设计温度/℃
焊后状态使用焊后热处理状态使用
-15
-20
-25-30
-35
-40钢管名义厚
度/mm42最终设计温度/℃焊后状态使用焊后热处理状态使用-40
-45-45-45③螺母用钢。
④在低温低应力工况下使用的容器或受压元件，符合有关条件可不遵循低
xx压力容器的有关规定，其所用钢材者。
⑤含碳量不大于0.10%的标准铬镍奥氏体不锈钢，设计温度高于或等于
1、试验温度下3个试样的冲击功平均值不得低于表中规定；其中单个试样的冲击功可小于平均值，但不得小于平均值的70%。
2、抗拉强度大于650 Mpa的螺栓等钢材的冲击功值按抗拉强度等于650 Mpa的要求，但40CrNiMo的低温冲击功应不小于31J（三个试样平均值）。
钢材的力学性能标准
钢材的力学性能标准
钢材作为一种常见的建筑材料，其力学性能标准对于保障建筑结构的安全和稳定起着至关重要的作用。
力学性能标准包括了许多方面，如强度、韧性、硬度、塑性等，下面将对钢材的力学性能标准进行详细介绍。
首先，钢材的强度是衡量其抗拉、抗压、抗弯等方面性能的重要指标。
钢材的拉伸强度是指在拉伸试验中材料发生破坏前的最大抗拉应力，而压缩强度和弯曲强度分别是材料在受压和受弯试验中的最大抗压应力和抗弯应力。
这些强度指标直接影响着材料在实际工程中的使用性能，因此在制定力学性能标准时需要对这些指标进行严格的控制和测试。
其次，钢材的韧性是指材料在受力过程中能够吸收较大的能量而不发生断裂的能力。
韧性指标包括冲击韧性和断裂韧性两个方面。
冲击韧性是指材料在受冲击载荷作用下能够吸收的能量，而断裂韧性则是指材料在受静载荷作用下能够抵抗断裂的能力。
这些韧性指标对于钢材在受到外部冲击或载荷时的抗破坏能力起着至关重要的作用，因此也需要在力学性能标准中进行详细规定和测试。
此外，钢材的硬度和塑性也是其力学性能标准中重要的指标之一。
硬度是指材料抵抗划痕或压痕的能力，常用的硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度等。
而塑性则是指材料在受力作用下发生形变的能力，包括延展性、收缩性等指标。
这些指标直接影响着钢材在加工和使用过程中的性能表现，因此也需要在力学性能标准中进行详细规定和测试。
综上所述，钢材的力学性能标准涵盖了强度、韧性、硬度、塑性等多个方面的指标，这些指标直接影响着钢材在实际工程中的使用性能。
因此，在制定和执行力学性能标准时，需要对这些指标进行严格的控制和测试，以确保钢材在工程中的安全可靠性和稳定性。
钢材的主要性能有哪些？各性能相应的指标是什么？
钢材的主要性能有哪些？各性能相应的指标是什么？钢材的主要性能包括力学性能和工艺性能。
力学性能是钢材最重要的使用性能，包括抗拉性能、塑性、韧性及硬度等。
工艺性能是钢材在各加工过程中表现出的性能，包括冷弯性能和可焊性。
(1)抗拉性能。
表示钢材抗拉性能的指标有屈服强度、抗拉强度、屈强比、伸长率、断面收缩率。
屈服是指钢材试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象。
发生屈服现象时的最小应力，称为屈服点或屈服极限，在结构设计时，一般以屈服强度作为设计依据。
抗拉强度是指试样拉伸时，在拉断前所承受的最大荷载与试样原横截面面积之比。
钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。
屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6～0.65，低合金结构钢为0.65～0.75，合金结构钢为0.84～0.86。
伸长率是指金属材料在拉伸时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比；断面收缩率是指金属试样拉断后，其缩颈处横截面面积的最大缩减量与原横截面面积的百分比。
伸长率和断面收缩率越大，钢材的塑性越好。
(2)冷弯性能。
冷弯性能是指钢材在常温下抵抗弯曲变形的能力，表示钢材在恶劣条件下的塑性。
钢材按规定的弯曲角度a和弯心直径d弯曲后，通过检查弯曲处的外面和侧面有无裂纹、起层或断裂等进行评定。
通过冷弯可以揭示钢材内部的应力、杂质等缺陷，还可用于钢材焊接质量的检验，能揭示焊件在受弯面的裂纹、杂质等缺陷。
(3)冲击韧性。
冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用而不破坏的能力。
工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳(J)。
钢材的冲击韧性是衡量钢材质量的一项指标，特别对经常承受荷载冲击作用的构件，如重量级的吊车梁等，要经过冲击韧性的鉴定。
冲击韧性越大，表明钢材的冲击韧性越好。
(4)硬度。
硬度是指金属抵抗硬物体压人其表面的能力，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强度、塑性等的一个综合性能指标。
钢材的韧性名词解释
钢材的韧性名词解释
钢材是由不锈钢、碳钢等及其他合金钢制成的结构性材料。
它具有很高的强度和硬度，具有良好的耐腐蚀性，耐氧化性和耐热性。
它的主要功能是制造结构件，如框架、桥梁、核电站和飞机等，以及建造机电设备、管道和一些其他设备。
韧性是指钢材的弹性和塑性，它决定了钢材的抗弯性能和抗冲击性能，从而可以抵抗各种外力，例如弯曲强度、冲击力和振动力，然后经过回复，重新形成原来的外形。
从材料受力的角度来看，韧性是指钢材受力时的弹性限度，表现为材料受到外力超过它的弹性限度时，会发生变形。
这种变形大小取决于外力的大小，也取决于钢材的性质。
从加工工艺的角度来看，钢材的韧性既指材料本身，也指加工工艺对其影响。
在冷加工中，加工温度以及工件材料的弹性系数都会影响韧性。
在热处理工艺中，则多由热处理温度、时间和浸渍液的组分而决定。
从实际使用来看，钢材的韧性反映了一种特定材料在外界环境或加工工艺条件下的塑性强度和稳定性。
它对于分析、预测和求解机械加工过程中的变形、应力和安全性等问题具有非常重要的意义，因此在制造工程中，常常需要对材料的韧性进行良好的控制。
总而言之，钢材的韧性是指该材料具有的弹性和塑性，它可以抵抗外力，并且在受力后能够恢复到原来的形状。
它是材料本身的特性，也取决于加工工艺对其影响。
此外，钢材的韧性也非常重要，在机械
加工过程中，如何控制钢材的韧性，是非常重要的一项技术指标。
a105化学成分标准
A105是一种低碳钢材料，其化学成分标准包括以下元素：
1.碳（C）：A105的碳含量约为0.1%，它是控制钢材强度和韧性的关键元素。
碳含量的增加可以提高钢材的强度和硬度，但同时也会降低其韧性。
2.锰（Mn）：A105的锰含量也约为0.1%，它是控制钢材强度和硬度的重要元素。
锰的加入可以提高钢材的强度和硬度，同时保持其良好的韧性。
3.硫（S）：A105的硫含量较低，约为0.07%，硫是钢材中的有害元素，会降低钢材的韧性和延展性。
因此，A105通过控制硫含量来保证其良好的机械性能。
4.磷（P）：A105的磷含量约为0.03%，磷同样是钢材中的有害元素，会降低钢材的韧性和延展性。
因此，A105通过控制磷含量来保证其良好的机械性能。
除了上述主要元素外，A105还可能含有微量的其他元素，如硅（Si）、镁（Mg）、铜（Cu）等，这些元素对钢材的性能也有一定的影响。
例如，硅和镁可以增强钢材的强度和硬度，而铜则可以改善钢材的耐腐蚀性。
总的来说，A105是一种低碳、低硫、低磷的优质碳钢材料，具有较高的强度、硬度和良好的韧性。
它广泛用于石
油、化工、电力等领域的高温高压管道和压力容器等设备的制造。
45钢力学性能
45钢力学性能45钢是一种常见的工程结构用钢材，具有良好的力学性能。
本文将对45钢的力学性能进行详细介绍。
1. 强度和硬度：45钢具有高强度和硬度，是一种典型的中碳钢。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度和硬度。
45钢的屈服强度通常在600至900 MPa之间，抗拉强度在800至1000 MPa之间。
其硬度常在200至250 HB之间。
2. 延展性：延展性是指材料在受力作用下发生塑性变形的能力。
45钢具有较好的延展性，能够在一定程度下承受拉伸、压缩和弯曲等力学载荷。
这种延展性使得45钢在工程结构中应用广泛。
3. 韧性：韧性是指材料在受力作用下吸收能量的能力，即抵抗断裂的能力。
45钢具有较高的韧性，能够在强度和硬度的基础上保持一定的塑性。
这种特性使得45钢能够承受冲击载荷，延缓断裂的发生。
4. 抗疲劳性：抗疲劳性是指材料在反复载荷作用下抵抗疲劳破坏的能力。
45钢具有较好的抗疲劳性，能够承受长时间循环加载而不断裂。
这使得45钢在高强度和高循环载荷环境下具有良好的耐久性。
5. 冷热加工性能：冷热加工性能是指材料在常温和高温条件下的加工性能。
45钢具有较好的冷热加工性能，可以通过钢锻、轧制、锻打等工艺进行塑性变形。
这种特性使得45钢在制造各种工程零部件时具有灵活性。
总结起来，45钢具有高强度、高硬度、良好的延展性、较高的韧性和抗疲劳性，以及良好的冷热加工性能。
这些力学性能使得45钢成为广泛应用于各个领域的重要结构材料。
在工程实践中，设计师和工程师们可以根据具体的需求和使用环境选择45钢，利用其优良的力学性能来满足工程要求。
除了力学性能外，45钢还具有一定的耐腐蚀性能和可焊性，这些都可以进一步提升其应用范围。
需要注意的是，在使用45钢时应控制好加工工艺和热处理过程，以确保其力学性能的稳定性和可靠性。
钢铁材料的强度与韧性研究
钢铁材料的强度与韧性研究钢铁作为一种重要的材料，在各个领域都得到广泛应用。
它的强度与韧性是决定其使用性能的重要因素，因此学者们一直致力于研究钢铁材料的强度与韧性之间的关系。
首先，我们来了解一下钢铁材料的强度。
强度是指材料抵抗变形和破坏的能力。
钢铁的强度主要与其晶体结构和成分有关。
晶体结构中的晶格缺陷会影响钢铁的强度。
例如，晶格缺陷可以导致材料内部出现一些局部应力集中的区域，从而引起裂纹的形成和扩展，影响钢铁材料的强度。
成分对钢铁的强度也有很大影响。
一般来说，钢铁中含碳量越高，其强度也就越高。
因为碳元素可以通过形成固溶体和碳化物的方式影响钢铁的晶体结构，增加其晶格的强度。
此外，适量的合金元素添加也可以提高钢铁的强度。
例如，添加铬、镍等元素可以形成间层碳化物，阻止晶晶界位错滑移，从而提高钢铁的强度。
然而，强度仅仅关注材料是否能够承受外部应力，并且强度高并不一定代表材料好。
因为在某些情况下，我们更注重材料的韧性。
韧性是指材料在外界应力下产生塑性变形和吸收冲击能量的能力。
韧性高的材料能够在受到冲击、扭曲或其他形变时继续保持完整。
这对于承受突发荷载和抵抗撞击是非常重要的。
在研究钢铁材料的韧性时，我们需要关注其断裂特性。
钢铁的断裂行为主要有两种类型：脆性断裂和延展性断裂。
脆性断裂是指材料在受力过程中突然断裂，裂纹扩展速度较快。
而延展性断裂是指材料在受力之后能够发生一些形变，从而延缓裂纹的扩展速度。
在实际应用中，我们希望钢铁材料的断裂行为能够更趋向于延展性断裂，因为这可以减缓裂纹传播的速度，提升钢铁材料的韧性。
要提高钢铁材料的强度和韧性，可以通过多种途径。
一种方法是通过改变钢铁的加工工艺和热处理条件来优化其晶体结构，从而提高其强度和韧性。
另一种方法是通过合金化处理来调节钢铁的成分，以改变其晶体结构和相界面的分布，从而实现强化效果。
此外，还可以通过减小晶粒尺寸、增加屈服点等措施来改善钢铁的强度和韧性。
总之，钢铁材料的强度与韧性是决定其使用性能的重要因素。
钢的强韧性
钢的强韧性能
金属的强韧性能包括强度(屈服强度σs和抗拉强度σb)、塑性(延伸率δ和断面收缩率ψ)和韧性(脆性转变温度Tc和冲击功Ak)，它们之间是互相牵连又是相互矛盾的，很难使其中的某一项性能单独地发生变化。
结构钢材的发展方向是要获得高强韧性的材料，因此，控制钢材的强韧化是钢材生产中重要的一环。
钢材强韧化机制主要包括有变形强化、晶界强化、析出强化、亚晶强化、相变强化和织构强化几种。
不同的强韧化机制可以通过不同的控制手段加以实现。
变形强化:多晶体的塑性变形可以导致金属的力学、物理及化学性能改变，随着变形程度的增加，σs、σb、硬度都将增加，塑性指标下降，电阻增加，抗腐蚀性和导热性下降。
金属在塑性变形过程中产生的这种综合现象称为变形强化。
变形强化现象可以用位错理论来解释。
晶体中存在的各种缺陷、障碍物等作为变形初期的位错源，增殖出更多的位错，位错边缠结边移动(见位错缠结)。
然而，由于析出相、晶界等障碍物的作用，位错运动逐渐被阻止。
在同一滑移面上依次移动过来的位错在障碍物前停止，并塞积起来(见位错塞积)。
塞积位错不能运动，其反作用应力同时抑制住位错源的活动。
位错从析出物之间通过时，即使能通过，在析出物的周围也要留下位错环，它与析出物间隔变小具有相同的效果，使得通过越来越困难，即需要更大的应力才能通过。
不仅如此，位错的互相交截(见位错交截)、互相反应(见位错反应)，造成割阶、空位，形成更多的妨碍位错运动的因素。
随着变形的进行，位错运动更加困难，位错密度增加，位错源的活动
也受到抑制，需要更大的应力才能继续变形，这就形成了变形强化。
钢材的控制轧制和控制冷却PPT课件
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控轧控冷技术发展过程
• 60年代中期，英国钢铁研究会对钢的成分与钢的力学性能之间的关系进行了系 列研究，提出了相应的控制轧制理论；
• 在开发控制轧制工艺时，人们致力于降低终轧温度； • 近些年来，控制冷却工艺已经成功地运用到棒材、螺纹钢、钢管及型钢生产和合
金钢生产中，并取得了明显的经济效益和社会效益。
§1 钢的强化和韧化
对于钢材来说，在大多数情况下其力学性能是最重要的，其中强度性能又居首位。 除了强度之外，钢材还要求一定的韧性和可焊性能，这两个指标和强度是相互关 联甚至互相矛盾的，很难单方面改变某一指标而其它不变。 结构钢的最新发展方向是高强、高韧和良好的焊接性能，控制控冷是满足这一 要求的一种较好的工艺。
§1.1 钢的强化机制
二、固溶强化
(solid solution strengthening)
1、基本概念
• 固溶强化：当合金元素（溶质）固溶 到基体金属（溶剂）中形成固溶体时， 合金的强度和硬度则会提高，称为固 溶强化。如黄铜(Cu-Zn)强度要高于
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§1.1 钢的强化机制
2、强化机理
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§1.1 钢的强化机制
金属和合金塑性变形包含晶内变 形和晶间变形。晶内变形是通过各种 位错运动而实现的晶内一部分相对于 另一部分的剪切运动，最基本的是滑 移、孪生和扭折。
钢材的韧性名词解释
钢材的韧性名词解释钢材韧性的名词解释：韧性钢材在一定负荷下抵抗永久变形的能力称为钢材的韧性，其大小可用延伸率来表示。
延伸率是指试样拉断时单位截面上所增加的长度(或横截面积)与原试样长度(或横截面积)之比。
延伸率越大，则钢材的韧性越好。
2、硬度和强度的关系表面金属的硬度与抗压强度是正比例关系，而抗拉强度则与抗拉强度是正比例关系。
因此，我们把抗压强度与抗拉强度的比值定义为钢材的硬度。
抗压强度(单位面积上所受压力)与抗拉强度(单位长度上所受拉力)的比值称为钢材的抗拉强度。
由此可知，抗压强度高的钢材，其硬度也高;反之亦然。
另外，由于冲击韧性和疲劳极限与强度和硬度都有密切关系，因此，还可以利用冲击韧性和疲劳极限这两个指标综合衡量钢材的韧性。
1、强度和硬度的关系表面金属的硬度与抗压强度是正比例关系，而抗拉强度则与抗拉强度是正比例关系。
因此，我们把抗压强度与抗拉强度的比值定义为钢材的硬度。
抗压强度(单位面积上所受压力)与抗拉强度(单位长度上所受拉力)的比值称为钢材的抗拉强度。
由此可知，抗压强度高的钢材，其硬度也高;反之亦然。
另外，由于冲击韧性和疲劳极限与强度和硬度都有密切关系，因此，还可以利用冲击韧性和疲劳极限这两个指标综合衡量钢材的韧性。
2、硬度和强度的关系表面金属的硬度与抗压强度是正比例关系，而抗拉强度则与抗拉强度是正比例关系。
因此，我们把抗压强度与抗拉强度的比值定义为钢材的硬度。
抗压强度(单位面积上所受压力)与抗拉强度(单位长度上所受拉力)的比值称为钢材的抗拉强度。
由此可知，抗压强度高的钢材，其硬度也高;反之亦然。
另外，由于冲击韧性和疲劳极限与强度和硬度都有密切关系，因此，还可以利用冲击韧性和疲劳极限这两个指标综合衡量钢材的韧性。
通常，将抗压强度与抗拉强度之比值的常用范围规定为100~350之间。
3、韧性和塑性的关系表面金属的韧性和塑性也有很大的相关性，在高温下的低碳钢也表现出较好的塑性和韧性，但当温度超过200~250 ℃时，低碳钢就逐渐变脆了。
钢材韧性什么意思
•钢材韧性什么意思
钢材的韧性是指钢材在受到冲击载荷或突然加载情况下，抵抗破裂和延展变形的能力，以及在断裂前吸收能量的能力。
具体来说，韧性好的钢材在受力过程中能够发生较大的塑性变形而不立即破裂，即使内部出现裂纹也能延迟裂纹扩展，直至耗散更多的能量。
在实际应用中，高韧性的钢材有利于防止因突发载荷或低温条件下的脆性断裂，这对于诸如桥梁、建筑结构、压力容器和船舶等安全性要求极高的领域尤其重要。
衡量钢材韧性的主要指标包括冲击韧性值（ak）和冲击功（Ak），这两个参数反映了钢材在动态加载下吸收能量和抵抗开裂的能力。
此外，韧脆转变温度（DBTT）也是一个关键指标，指钢材从韧性转变为脆性断裂行为的临界温度。
通常，提高钢材韧性的手段包括调整化学成分、细化晶粒、控制热处理工艺等。
评价钢质量的主要指标
评价钢质量的主要指标
钢质量的主要指标是衡量钢材质量好坏的重要标准。
以下是评价钢质量的几个主要指标：
1. 强度：钢材的强度是指其抵抗外力的能力。
强度高的钢材在承受压力或拉力时不易变形或破裂，具有更好的耐久性和安全性。
2. 韧性：钢材的韧性是指其在受力时能够吸收和消散能量的能力。
韧性好的钢材具有较高的抗冲击性和抗振动性，能够在受到外力冲击时不易断裂。
3. 塑性：钢材的塑性是指其在受力时的可塑性能。
塑性好的钢材能够在受力时发生塑性变形而不断裂，使其更容易加工成各种形状。
4. 硬度：钢材的硬度是指其抵抗表面划伤和磨损的能力。
硬度高的钢材表面不易被划伤或磨损，耐用性更好。
5. 耐腐蚀性：钢材的耐腐蚀性是指其抵抗氧化、腐蚀和腐蚀介质侵蚀的能力。
耐腐蚀性好的钢材能够在恶劣环境下长时间保持其性能和外观。
6. 焊接性：钢材的焊接性是指其在焊接过程中的可加工性。
焊接性好的钢材能够在焊接过程中保持良好的可塑性和韧性，使焊接接头具有较高的强度和耐久性。
7. 均匀性：钢材的均匀性是指其内部结构的均匀程度。
均匀性好的
钢材具有统一的性能和力学特性，不易出现局部失效或变形。
钢质量的主要指标包括强度、韧性、塑性、硬度、耐腐蚀性、焊接性和均匀性。
这些指标综合反映了钢材的性能和质量，对于不同领域的应用具有重要意义。
简述钢材选用的原则
钢材选用原则
一、强度要求
钢材的强度是选择过程中的首要考虑因素。
高强度的钢材能够提供更好的结构性能，满足各种载荷和压力的要求。
在需要承受重物、压力或振动的场合，应优先选择高强度钢材。
二、韧性考虑
钢材的韧性是指其抵抗冲击和变形的能力。
在可能承受冲击、碰撞或低温的环境中，应选择具有较好韧性的钢材，以确保结构的稳定性和安全性。
三、耐腐蚀性
在潮湿、腐蚀性环境或海洋环境中，钢材的耐腐蚀性至关重要。
应选择具有抗腐蚀性能的钢材，以延长结构的使用寿命。
四、经济性
在满足性能要求的前提下，应尽量选择成本较低的钢材。
这可以通过合理规划材料用量、选择适当的钢材品种和规格来实现。
五、可加工性
钢材的可加工性对其制造和安装过程有重要影响。
应选择易于切割、成形和焊接的钢材，以降低制造和安装成本，提高工作效率。
六、采购与供应链
在选择钢材时，应考虑采购的便利性和供应链的稳定性。
选择知名品牌和可靠的供应商，确保材料的质量和供应的稳定性。
七、兼容性与连接方式
在选用钢材时，应考虑与其他材料的兼容性和连接方式。
根据结构的具体要求，选择适当的连接方式，如焊接、螺栓连接等，以确保结构的整体性和稳定性。
八、环境因素
在选用钢材时，还需考虑环境因素。
例如，对于需要抵抗高温和低温的环境，应选择具有相应耐温性能的钢材；对于需要抵抗腐蚀的环境，应选择具有较好耐腐蚀性能的钢材。
同时，还需要考虑材料的可回收性和环保性能，以实现可持续发展。
常用建筑钢材主要技术性能指标
常用建筑钢材主要技术性能指标1.强度：强度是钢材的最重要的技术性能之一，包括屈服强度和抗拉强度。
屈服强度是指材料开始发生塑性变形时所能承受的最大应力，抗拉强度是指材料在拉伸过程中的最大抗拉应力。
建筑结构所使用的钢材要求具有足够的强度，以承受荷载和外部力的作用。
2.延展性：延展性是指材料在受力作用下的变形能力，也称为塑性。
建筑结构所使用的钢材需要具有良好的延展性，以便在受到外部冲击或震动时能够发生塑性变形而不会断裂。
3.韧性：韧性是指材料在受力作用下能够吸收大量的能量而不发生破坏的能力。
建筑结构所使用的钢材需要具有良好的韧性，以抵抗外部冲击和震动的影响。
4.硬度：硬度是指材料抵抗局部切削或压痕形成的能力。
建筑结构所使用的钢材需要具有适当的硬度，以保证其表面不易受到磨损或划伤。
5.可焊性：可焊性是指材料在焊接过程中的表现。
建筑结构所使用的钢材需要具有良好的可焊性，以便进行焊接连接并保证焊缝的质量和强度。
6.耐腐蚀性：耐腐蚀性是指材料在受到大气、水、化学物质等侵蚀时的抵抗能力。
由于建筑结构常受到湿润环境或化学物质的侵蚀，所以建筑钢材需要具有良好的耐腐蚀性，以延长其使用寿命。
7.可焊接性：可焊接性是指材料在焊接过程中的初始工艺性能，包括易熔性、润湿性以及图形性；以及焊接后的力学性能，包括塑性、抗应力腐蚀能力和力学性能。
8.焊缝性能：焊缝性能是指焊接后的材料强度、韧性、抗冲击性能等。
焊缝强度应达到或接近基体强度，韧性应符合设计要求，并且焊缝应满足精确的尺寸要求。
9.剪切性：剪切性是指材料在受到剪切力作用时的抵抗能力。
建筑结构所使用的钢材需要具有良好的剪切性，以承受剪切力的作用。
10.热处理性:热处理性是指材料在加热后进行一定的冷却过程后，材料组织和性能发生的变化。
钢材在热处理过程中能够调整改善其力学性能和组织结构，使其达到设计要求。
总的来说，常用建筑钢材需要具备强度、延展性、韧性、硬度、可焊性、耐腐蚀性等多种技术性能指标，以确保建筑结构的安全可靠性。
钢材性能指标
术语解释 1、弹性模量和比例极限： 弹性模量和比例极限： 钢材受力初期，应力与应变成正比例增长，应力与应变之比是常数， 钢材受力初期，应力与应变成正比例增长，应力与应变之比是常数， 称为弹性模量即E=σ/ε。这个阶段的最大应力（A点的对应值） 称为弹性模量即E=σ/ε。这个阶段的最大应力（ 点的对应值） E=σ/ε 称为比例极限σa。 称为比例极限σ E值越大，抵抗弹性变形的能力越大；在一定荷载作用下，E值越大， 值越大，抵抗弹性变形的能力越大；在一定荷载作用下， 值越大， 材料发生的弹性变形量越小。一些对变形要求严格的构件，为了把弹性 材料发生的弹性变形量越小。一些对变形要求严格的构件， 变形控制在一定限度内，应选用刚度大的钢材。 变形控制在一定限度内，应选用刚度大的钢材。
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a b 0.2%
ε
4、抗拉强度（极限强度）： 抗拉强度（极限强度）： 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列， 当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形的能力 又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高， 又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直 至应力达到最大值。此后钢材抵抗变形的能力明显降低， 至应力达到最大值。此后钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生 较大塑性变形，此处试件界面迅速缩小，出现颈缩现象，直到断裂破坏。 较大塑性变形，此处试件界面迅速缩小，出现颈缩现象，直到断裂破坏。 抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力，即当拉应力达到强度极限时， 抗拉强度是钢材所能承受的最大拉应力，即当拉应力达到强度极限时， 钢材完全丧失了对变形的抵抗能力而断裂。 钢材完全丧失了对变形的抵抗能力而断裂。 抗拉强度虽然不能直接作为计算依据，但屈服强度与抗拉强度的比值， 抗拉强度虽然不能直接作为计算依据，但屈服强度与抗拉强度的比值， 即“屈强比”（σs/σb）对工程应用有较大意义。屈强比愈小，反映钢材在 屈强比” σs/σb）对工程应用有较大意义。屈强比愈小， 应力超过屈服强度工作时的可靠性愈大，即延缓结构损坏过程的潜力愈大， 应力超过屈服强度工作时的可靠性愈大，即延缓结构损坏过程的潜力愈大， 因而结构愈安全。但屈强比过小时，钢材强度的有效利用率低，造成浪费。 因而结构愈安全。但屈强比过小时，钢材强度的有效利用率低，造成浪费。 常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢的屈强比为0.65～ 常用碳素钢的屈强比为0.58～0.63，合金钢的屈强比为0.65～0.75 0.58 0.65
热处理对钢材的强度和韧性的影响
热处理对钢材的强度和韧性的影响热处理是一种通过控制钢材的加热和冷却过程，以改善其力学性能的工艺。
这种处理方法对钢材的强度和韧性具有重要影响。
本文将探讨在不同热处理过程中，钢材强度和韧性的变化规律，以及这些规律背后的原理与机制。
1. 强度的影响1.1 固溶处理固溶处理是一种常见的热处理方法，适用于许多钢材。
该工艺中，钢材经过高温加热，使其内部的合金元素溶解在基体中，然后经过快速冷却。
固溶处理可以显著提高钢材的强度。
实验研究表明，固溶温度和保温时间的不同对钢材强度的影响是显著的。
随着固溶温度的升高，合金元素更容易溶解在基体中，从而提高了基体的固溶度。
增加保温时间可以确保合金元素充分溶解。
然而，过高的固溶温度和过长的保温时间会导致晶界、晶内相溶元素的过度扩散，从而降低强度。
1.2 热处理过程中的淬火淬火是一种通过迅速冷却钢材以形成马氏体的热处理方法。
淬火可以使钢材的强度大幅度提高，但也会降低其韧性。
在淬火过程中，钢材经过高温加热后迅速冷却，使钢材内部的碳元素形成马氏体结构。
马氏体是一种具有较高硬度和脆性的组织，因此钢材的强度得到显著提高。
然而，由于低温下冷却速度过快，产生的马氏体结构可能会导致钢材的韧性下降。
2. 韧性的影响2.1 回火处理回火是一种降低钢材硬度，提高其韧性的热处理方法。
该工艺中，经过淬火处理的钢材在低温下回热，然后冷却。
这种处理方式可以改善淬火过程中引起的脆性问题。
回火处理的温度和时间对钢材的韧性具有重要影响。
适当的回火温度和时间可以使马氏体逐渐转变为较为韧性的组织，如贝氏体和自回火组织。
这些组织的存在可以提高钢材的塑性和韧性。
2.2 淬火温度的影响淬火温度对钢材韧性的影响也很重要。
较低的淬火温度可以产生较高韧性的马氏体组织，而较高的淬火温度会加快组织转变，降低韧性。
3. 强度和韧性的平衡热处理工艺旨在在钢材的强度和韧性之间寻找平衡。
通过适当的处理工艺参数选择，可以获得既具有足够强度又具有足够韧性的钢材。
GB-T-1591--低合金高韧性结构钢
GB-T-1591--低合金高韧性结构钢概述GB-T-1591是中国国家标准中规定的一种低合金高韧性结构钢。
该标准包含了钢材的化学成分、力学性能、热处理要求以及检测方法等内容，旨在提供一种适用于结构工程的优质钢材。
化学成分要求GB-T-1591中规定了钢材的化学成分要求。
根据不同的材料等级，要求的成分有所不同。
其中包括了钢材的碳含量、硅含量、锰含量、磷含量、硫含量等。
这些成分的控制对于钢材的性能具有重要影响，可保证钢材具有良好的强度、韧性和可焊性。
力学性能要求GB-T-1591对于钢材的力学性能有详细的要求。
标准中规定了钢材的屈服强度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性等指标。
这些性能指标是钢材是否适用于结构工程的重要标准。
低合金高韧性结构钢具有较高的强度和良好的塑性，能够承受较大的荷载，并能在冲击负荷下有较好的韧性。
热处理要求GB-T-1591中规定了钢材的热处理要求，包括钢材的加热温度、保温时间以及冷却方式。
热处理过程可以改变钢材的晶粒结构和相变，从而改变钢材的力学性能。
通过适当的热处理，可以提高低合金高韧性结构钢的强度和韧性，提高其耐久性。
检测方法GB-T-1591中还规定了钢材的检测方法，包括化学成分的分析方法、力学性能的测试方法以及冲击韧性的检测方法等。
这些检测方法的准确性和可靠性对于确保钢材的质量具有重要意义。
通过合理的检测手段，可以保证低合金高韧性结构钢的性能达到标准要求。
应用领域低合金高韧性结构钢广泛应用于建筑、桥梁、汽车、机械制造等领域。
其高强度和良好的韧性使得它能够承受较大的荷载，并能在严苛的工况下保持稳定的性能。
在现代结构工程中，低合金高韧性结构钢是一种重要的结构材料，能够提高工程的安全性和可靠性。
结论GB-T-1591中规定的低合金高韧性结构钢具有优良的性能和广泛的应用领域。
它是结构工程中选择的优质钢材之一，能够满足不同工程项目的要求。
作为一种具有高强度和高韧性的材料，低合金高韧性结构钢在工程应用中具有重要的意义，推动了结构工程的发展和进步。
34crnimo6对应国内的标准
34CrNiMo6是一种优质的合金结构钢，具有良好的强度、韧性和疲劳强度，被广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天等领域。
在国内，34CrNiMo6对应的标准是GB/T 3077-2015《合金结构钢技术条件》。
一、34CrNiMo6的基本性能34CrNiMo6钢具有高强度、高韧性和良好的疲劳强度，能够承受高强度的冲击和振动载荷。
其具体性能参数如下：1. 强度：抗拉强度≥980MPa，屈服强度≥835MPa，延伸率≥12，冲击值≥40J。
2. 韧性：34CrNiMo6钢具有良好的韧性和延展性，适用于需要高强度和较高塑性的零件制造。
3. 疲劳强度：钢材具有良好的疲劳强度，能够在高频循环载荷下保持长久的耐久性能。
二、34CrNiMo6的应用领域34CrNiMo6钢材适用于制造要求高强度和高韧性的零件和构件，常见的应用领域包括：1. 机械制造：如轴承、齿轮、联轴器、螺栓等零部件。
2. 汽车制造：34CrNiMo6钢常用于汽车发动机、变速箱、悬挂系统等部件的制造。
3. 航空航天：适用于飞机、火箭、导弹等航空航天领域的零部件制造。
三、34CrNiMo6国内标准GB/T 3077-2015国内对34CrNiMo6钢材的生产和使用制定了相应的标准，主要是GB/T 3077-2015《合金结构钢技术条件》。
该标准对34CrNiMo6钢的化学成分、机械性能、热处理工艺、硬度和微观组织等方面做出了详细的规定，保证了34CrNiMo6钢材的质量和稳定性。
四、34CrNiMo6的高温热处理工艺34CrNiMo6钢材的高温热处理工艺对其性能有着重要影响，常用的热处理工艺包括正火、软化退火、淬火和回火等。
通过合理的热处理工艺，可以提高34CrNiMo6钢的强度、韧性和疲劳强度，同时保持其较高的塑性，确保零部件在使用过程中的稳定性能。
五、34CrNiMo6的国内生产和应用情况目前，国内已经具备了34CrNiMo6钢材的生产能力，并且在机械制造、汽车制造、航空航天等领域得到了广泛的应用。
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缺 口
裂纹源 脚跟形纤 维状区
放射形结 晶状区 二次 纤维区 底部及边缘 剪切唇区
a a
材料的低温脆性
任何金属材料都有屈服强度和断裂 强度两个强度指标。断裂强度σc随 温度变化很小，因为热激活对裂纹 扩展的力学条件没有显著作用。但 屈服强度σs却对温度变化十分敏感。 温度降低，屈服强度急剧升高，故 两曲线相交于一点，交点对应的温 度即为TK。温度高于TK时，σc>σs， 材料受载后，先屈服再断裂，为韧 性断裂；温度低于TK时，外加应力先 达到σc，材料表现为脆性断裂。
试样尺寸和形状
当不改变缺口尺寸而增加试验宽度(或厚度)时，Tk 升高。若试样各部分尺寸按比例增加时，Tk也升高。缺
口尖锐度增加，Tk也显著升高，因此， V型缺口试样的
Tk高于U型试样的Tk。
试样尺寸增加，应力状态变硬，且缺陷概率增大，
故脆性增大。
强化方式
固溶强化
沉淀强化
位错强化 细晶强化
以低阶能和高阶能平均值对应的 温度FTE（Fracture Transition Elastic） 定义 Tk ；
50％ FATT 或FATT50。
影响韧脆转变温度的因素 化学成分
间隙溶质元素含量增加，高阶能下降，韧脆转变温度提高。间隙溶质元素 溶入铁素体基体中，因与位错有交互作用而偏聚于位错线附近形成柯氏气 团，既增加
只有细化晶粒能够提高强度，同时改善韧性
4、钢材的断裂韧性
1）传统强度设计方法：强度储备法，或安全系数法 σ工作≤σ许用＝σs/n， 2）高强钢和超高强度钢常常发生低应力脆断： 工作应力低于屈服强度时产生的脆性断裂称为低应力脆性断裂，简称低应力 脆断。低应力脆断的发生冲击了传统的设计思想，人们不得不开始研究工程构件 为什么会突然断裂?又应该如何防止。 3）低应力脆断是由宏观裂纹失稳扩展引起的： 实际金属构件中，宏观裂纹往往难以避免（加工工程、服役过程） 。必须针 对金属构件中存在裂纹的实际情况，研究裂纹失稳扩展的力学条件。 4）断裂力学：一种新的强度设计理论 承认存在宏观裂纹，利用力学分析，定量研究裂纹扩展规律，裂纹体断裂强度。 建立了材料性质、裂纹尺寸和工作应力之间的关系。 5）断裂韧性：在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称 为断裂韧性。综合反映了材料的强度和塑性，在防止低应力脆断选用材料时，根 据材料的断裂韧性指标，可以对构件允许的工作应力和裂纹尺寸进行定量计算。
5、钢材的韧化机制
裂纹扩展过程塑性功：
r-裂纹尖端曲率半径； y-屈服强度； yf－断裂时流变应力； efr－断裂时应变 B＝与应力状态有关的常数 可以看出：增加强度和塑性均有利于 提高塑性，但高塑性材料裂纹尖 端曲率半径大。一般的规律是， 对于给定的一类金属，低屈服强 度材料的韧性要高于高屈服强度 材料。
解理断裂过程包括：通过塑性变形形成裂纹、裂纹在同一晶粒内 初期长大、以及越过晶界向相邻晶粒扩展三个阶段 。
解理裂纹可以通过两种基本方式扩展导致宏观脆性断裂。 第一种是解理方式，裂纹扩展速度较快，如脆性材料在低温下试验就是这种 状况。 第二种方式是在裂纹前沿先形成一些微裂纹或微孔，而后通过塑性撕裂方式 互相联结，开始时裂纹扩展速度比较缓慢，但到达临界状态时也迅速扩展而 产生脆性断裂 。
c
1 a y
KIc c a y
钢中的夹杂物，如硫化物、氧化物、某些第二相(如Fe3C)等，其韧性比基 体差，称为脆性相。它们的存在，一般都使材料KⅠc下降。 不仅夹杂物的数量对KⅠc有影响，其形状对KⅠc也有很大的影响。如球状渗 碳体就比片状渗碳体的韧性高，因此，采用球化工艺可以大大改善钢的塑性和 韧性。又如硫化锰，一般呈长条分布，横向韧性很差，若加了稀土、锆等，使 它变成球状硫化物，即可大大提高韧性。 虽然一般认为夹杂物对KⅠc有害，但具体有害程度的大小与材料和工艺有 很大的关系，在某些情况下，夹杂物的多少对KⅠc影响不大，甚至也有随夹杂
在较低强度水平时（如经高温回火），强度相等而组织不同的钢， 其冲击值和韧脆转变温度以马氏体高温回火（回火屈氏体）最佳，贝氏 体回火组织次之，片状珠光体组织最差，（尤其有自由铁素体存在时，
因为自由铁素体是珠光体钢中解理裂纹易于扩展的通道）。球化处理能
改善钢的韧性。
在较高强度水平时，如中、高碳钢在较低等温温度下获得下贝氏体
根据试样缺口形状不同，冲击功分别为AKV和AKU。
AKV(AKU)＝G(H1－H2)，单位为J。AKV亦有用CVN或CV表示的。
AKV(AKU)也可以表示材料的变脆倾向，但AKV(AKU)并非完全用于试样 变形和破坏，其中有一部分消耗于试样掷出、机身振动、空气 阻力以及轴承与测量机构中的摩擦消耗等。材料在一般摆锤冲 击试验机上试验时，这些功是忽略不计的。
含量增加，KⅠc反而提高的情况。除了夹杂物降低KⅠc外，微量杂质元素(如锑、
锡、砷、磷等)多富集在奥氏体晶界，降低晶界结合能，使断裂易于沿原始奥 氏体晶界发生，亦会引起KⅠc大幅度降低。
在多晶体材料中，由于晶界两边晶粒取向不同，晶界成为原子排 列紊乱的区域，当塑性变形由一个晶粒横过晶界进入另一个晶粒时， 由于晶界阻力大，穿过晶界困难。另外，穿过晶界后滑移方向又需改 变，因此，与晶内相比，这种穿过晶界而又改变方向的变形需要消耗 更多的能量，即穿过晶界所需的塑性变形能增加，裂纹扩展阻力增大， KⅠc也增大。材料的晶粒愈细，则晶界面积就愈大，产生一定塑性变 形所需要消耗的能量就更大，KⅠc更高。 细化晶粒也有强化作用，所以，细化晶粒是使强度和韧性同时提 高的有效手段。对于钢铁材料，细化奥氏体晶粒也有助于减轻回火脆 性。这是因为晶粒细，单位体积内的晶界面积增加，故在杂质含量一 定的条件下，单位晶界面积富集的有害杂质含量也会降低，这样，就 使回火脆性倾向降低，KⅠc增高。应当指出，细化晶粒对常规力学性 能的影响和对KⅠc的影响并不一定相同。
对材料的韧性要求也越来越高；
所以，研究材料的韧性及其控制非常重要。
2、材料的断裂
根据断裂前塑性变形的程度可以分为： 根据断裂的晶体学特征 可以分为： 韧性断裂和脆性断裂 解理断裂，纯剪切断裂和 根据裂纹扩展路径可以分为： 微孔聚集型断裂 穿晶断裂和沿晶断裂
断口的宏观特征
光滑圆柱拉伸试样的宏观韧性断口呈杯锥形，由纤维区、放射区 和剪切唇三个区域组成，这就是断口特征的三要素。
（2）柯垂尔位错反应理论
该理论是柯垂尔 （A.H.Cottrell）为了解 释晶内解理与bcc晶体中的 解理而提出的。
（3）史密斯碳化物开裂模型
铁素体中的位错源在切应力作用下开动，位
错运动至晶界碳化物处受阻而形成塞积，在
塞积头处拉应力作用下使碳化物开裂。
脆性断裂的微观特征
韧性断裂的微观特征－韧窝
3、钢材的冲击韧性
缺口效应
缺口造成应力集中 改变了缺口前方的应力状态， 使平板中材料所受的应力由 原来的单向拉伸改变为两向 或三向拉伸。 产生“缺口强化”效应
夏比冲击
在冲击载荷下，由于加载速率大，变形条件更为苛刻，塑性 变形得不到充分发展，所以冲击试验更能灵敏地反映材料的变脆
倾向。常用的缺口试样冲击试验是冲击弯曲。
1、韧性的概念及意义
一般来讲，材料的韧性指断裂过程消耗能量的大小。 冲击韧性：夏比冲击，DWTT 断裂韧性：在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展 断裂的韧性性能（KIc,GIc,JIc等） 韧性综合反映了材料的强度和塑性； 韧性是产品反映质量的一个重要指标； 随着社会经济的发展，对结构安全性的要求越来越高，
钢材的韧性及其控制
杜林秀
（东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室）
二oo九.十二 首秦
主要内容
1. 韧性的概念及意义 2. 材料的断裂 3. 钢材的冲击韧性 4. 钢材的断裂韧性 5. 钢材的韧化机制 6. 轧制过程韧性控制技术
1、韧性的概念及意义
对于薄板 有时 抗拉强度×延伸率 来表示材料的韧性
断裂强度σc与裂纹深度a 的平方根成反比
1 c a
K c a
K c a
断裂强度
裂纹深度
常数
断裂应力与试样内部裂纹尺寸、裂纹形状、 加载方式有关。y是一个和裂纹形状及加载 方式有关的量，对每一种特定工艺状态下的 材料， a y =常数，它与裂纹大小、几 c 何形状及加载方式无关，此常数是材料的一 种性能，将其称为断裂韧性 。
EIc＝Byfefrr
5、钢材的韧化机制
材料强韧化的目标 对于每一类钢材来说，断裂韧性 均随屈服强度的增加而下降。
5、钢材的韧化机制
经历韧脆转变过程的裂纹扩展 随着温度的降低，塑性区尺寸减 小，纤维断裂的晶粒所占的比 例也减小，导致韧性随温度的 降低而下降。
5、钢材的韧化机制
韧性断裂过程的裂纹扩展 （a）塑性区尺寸小，断裂起始于弹塑性交界的第二相的开裂，塑 性区裂纹连接以晶粒的纤维状方式进行。裂纹扩展功决定于塑性 区尺寸，裂纹扩展途径上有第二相粒子存在时，断裂功减小。 （b）当材料强度降低时，塑性区尺寸增大，韧性增加，塑性区裂 纹连接以逐步连接的方式进行
以 AkV(CVN) = 20.3 J(15英尺磅) 对应的温度作为Tk，并记为V15TT； 以低阶能开始上升的温度定义为Tk， 并 记 为 NDT （ Nil 转变温度； 以高阶能对应的温度为Tk，记为 Ductility Temperature），称为无塑性或零塑性
FTP(Fracture Transition Plastic) ；
i ，又使 k y 增加，致升高，所以钢的脆性增大。
置换型溶质元素对韧性影响不明显。钢中加入置换型溶质元素一般也降低
高阶能，提高韧脆转变温度。
杂质元素S、P 、As、 Sn、 Sb等使钢的韧性下降。这是由于它们偏聚于晶 界，降低晶界表面能，产生沿晶脆性材料韧性增加