什么在低温下使钢材变脆

A. 钢材的低温冷脆性是怎么一回事

低温冷脆性指随着温度的降低，金属材料强度有所增加，而韧性下降这一种现象的称呼。材料的冲击吸收功随温度降低而降低，当试验温度低于Tk(韧脆临界转变温度)时，冲击吸收功明显下降，材料由韧性状态变为脆性状态，这种现象称为低温脆性。

材料由延性破坏转变到脆性破坏的上限温度称为韧脆转变温度。为防止发生低温脆性破坏，钢材的最低允许工作温度就应高于韧脆转变温度的上限。

(1)什么在低温下使钢材变脆扩展阅读

温度是影响金属材料和工程结构断裂方式的重要因素之一。许多断裂事故发生在低温。这是由于温度对工程上广泛使用的低中强度结构钢和铸铁的性能影响很大，随着温度的降低，钢的屈服强度增加韧度降低。体心立方金属存在脆性转变温度是其脆性特点之一。

随着温度降低，在某一温度范围内，缺口冲击试样的断裂形式由韧性断裂转变为脆性断裂，这种断裂形式的转变，通常用一个特定的转变温度来表示，该转变温度在一定意义上表征了材料抵抗低温脆性断裂的能力。

这种随温度降低材料由韧性向脆性转变的现象称做低温脆性或冷脆，发生脆性转变的温度称为脆性转变温度。工程构件的工作温度必须在脆性转变温度以上，以防止发生脆性断裂。

并不是所有的金属材料都具有低温脆性。只有以体心立方金属为基的冷脆金属才具有明显的低温脆性，如中低强度钢和锌等。而面心立方金属，如铝等，没有明显的低温脆性。

B. 哪些因素可使钢材变脆,从设计角度防止构件脆断的措施有哪些

导致钢结构构件脆性断裂的因素很多,主要因素有化学成份 、温度、构件厚度、冶金缺陷、构造缺陷等。钢中碳元素含量增高会使钢的脆性转变温度升高 ，随含碳量的增加 , 钢的最大恰贝冲击值显著降低。恰贝冲击值与试验温度曲线梯度趋于缓慢 ，而脆性转变温度显著升高。

预防措施：

(1)、 设计构件的断面应尽量选用最薄断面 ,增加构件厚度将增大脆断的危险 .

(2)、保证焊接质量，尽量减少因焊接造成的缺陷，设计上应选择适当的焊缝金属缺口韧性，较厚板材或型钢焊前必须预热，施焊过程中尽量不在负温条件下进行 ,焊接后必须保温缓冷，尽量保证焊接质量,减少缺陷产生。

(3)、设计焊接结构应尽量避免焊缝集中和重叠交叉。要采用较好的焊接工艺(合适的输入热量和操

作方法)。

(4)、在结构设计中应尽量将因缺陷引起的应力集中减小到最低限度 , 如避免尖锐角 ,尽量用较大半

径的圆弧 。

(5)、设计人员选用钢材时 ，除应核算强度外，还应保证材料有足够韧性 ，应从断裂力学理论出发选择具有较高断裂韧性的材料。

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钢材用途分类：

1、结构钢

（1)、建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。如碳素结构钢、低合金钢、钢筋钢等。

（2)、机械制造用结构钢是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等

2、工具钢

一般用于制造各种工具，如碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢等。按用途又可分为刃具钢、模具钢、量 具钢。

3、特殊钢

具有特殊性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、高电阻合金、耐磨钢、磁钢等。

4、专业用钢

这是指各个工业部门专业用途的钢，如汽车用钢、农机用钢、航空用钢、化工机械用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等。

5、按钢的品质分

优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢和合金工具钢、弹簧钢、轴承钢等

钢号后面，通常加符号“A”或汉字“高”以便识别。

C. 什么是金属材料的脆化现象

金属材料发生脆化现象，年夜致上可以分为两类：一类是在一定的温度条件下泛起的脆性，或是在一定的温度条件下，经过一段时期后泛起的脆性。这时候，金属的组织变化其实不较着。属于这一类的有冷脆性、热脆性、红脆性及回火脆性。
另外一类是由于金属持久在高温、应力、浸蚀介质的作用下，金属的显微组织发生变化，从而引发材料发生脆化的现象。属于这一类的有苛性脆化、氢脆、石墨化等。
冷脆性是指材料在低温下显现的脆性。我们在"金属的韧性"中谈到的各类在低温条件下发生的低应力破坏，均是由于金属材料冷脆性所致使的成效。
某些钢材长时间停留在年夜约400-500℃温度区间后冷却到室温，其冲击韧性值泛起较着下降，这类现象称为金属的热脆性。显现热脆性的钢材在高温下其实不脆，只有当冷至室温时，才显出脆性。这时候，钢材的冲击值很低。-般可以比其正常值下降50-60，甚至下降80~90。具有热脆性的钢材，它的金相组织没有较着的变化，钢材的其他性能也基本上没有变化。火电厂的主蒸汽管道、高温螺栓具有热脆性趋向，检修时工艺操作不妥，容易损坏装备部件。
钢的红脆性发生在含硫较多的钢材中，年夜约在温度800~900cc以上时，显现较年夜的脆性，在锻打时容易开裂。由于这个温度下钢材呈红色，所以称为红脆性。发生红脆性的缘由，是由于硫以硫化铁和硫的氧化物的形式存在于钢中，它们形成易于融化的共晶体，网状散布在晶界上，当钢被加热到800℃以上时，这类网状共晶体较着地软化，使晶间强度削弱而脆裂。
一般碳钢在淬火落后行回火处置，其冲击韧性随着回火温度的提高而增加。但对于某些钢，发现在经250~400°c的回火处置后，其常温冲击韧性反而下降，甚至低于低温回火时的冲击值，这类现象称为回火脆性。苛性脆化一般发生在汽锅铆接、胀接的接触概况上，它的主要破坏形式是发生裂纹。由于发生的裂纹与存在苛性钠氢氧化钠有关，同时由于这类破裂没有较着的塑性变形，属于脆裂性质，因而称为"苛性脆化"。金属与合金在应力的作用下，纯洁由于氢的缘故，经过一定的时间以后，材料的塑性与韧性急剧下降，泛起脆化现象，称为氢脆。氢脆是一种延迟破坏，即使材料在低于屈就强度的拉应力作用下，经过一段时期后，依然会发生突然断裂。由于金属材料在冶炼、热加工、焊接、电镀、酸洗等进程中吸收了过量的氢，当钢中的氢含量跨越5-10ppm时，就易泛起氢脆。另外，在含氢的气体或液体介质中工作的零件，有可能使氢进进金属材料的内部，使材料的性能下降，泛起氢脆。由于氢在钢中所浮现的复杂行为和脆性破坏，工程上发生了许多严重破坏事故，造成庞大损失。是以，重要部件用钢，必需严酷限制钢中的含氢量，而且不允许有白点存在。另外，重要元件的焊接进程中，必需接纳严酷的工艺措施，选用低氢型焊条、焊丝，并在使用前充实烘干，往除水份及油污，尽量削减焊接进程中氢的吸进量。

D. 普通钢铁在低温多少度会变脆

零下200多度时，普通的钢铁就像虾片一样脆弱。温度低使的金属分子间的活动力降低，物质的刚性会升高，简单说就是越不能承受形变，所以接受外力就容易断裂。

铁碳合金，是以铁和碳为组元的二元合金。铁基材料中应用最多的一类——碳钢和铸铁，就是一种工业铁碳合金材料。钢铁材料适用范围广阔的原因，首先在于可用的成分跨度大，从近于无碳的工业纯铁到含碳4%左右的铸铁。

在此范围内合金的相结构和微观组织都发生很大的变化；另外，还在于可采用各种热加工工艺，尤其金属热处理技术，大幅度地改变某一成分合金的组织和性能。

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铁碳合金中合金相的形成，与纯铁的晶体结构及碳在合金中的存在形式有关。纯铁有三种同素异构状态：912℃以下为体心立方晶体结构，称α-Fe；912～1394℃为面心立方晶体结构，称γ-Fe；1394℃以上，又呈体心立方结构，称δ-Fe。

在液态，在低于7%碳范围，碳和铁可完全互溶；在固态，碳在铁中的溶解是有限的，并且溶解度取决于铁（溶剂）的晶体结构。与铁的三种同素异构物相对应，碳在铁中形成的固溶体有三种：α固溶体（铁素体）、γ固溶体（奥氏体）和δ固溶体（8铁素体）。

这些固溶体中，铁原子的空间分布与α-Fe、γ-Fe和δ-Fe一致，碳原子的尺寸远比铁原子为小，在固溶体中它处于点阵的间隙位置，造成点阵畸变。碳在γ-Fe中的溶解度最大，但不超过2.11%；碳在α-Fe中的溶解度不超过0.0218%；而在δ6-Fe中不超过0.09%。

当铁碳合金的碳含量超过在铁中的溶解度时，多余的碳可以以铁的碳化物形式或以单质状态（石墨）存在于合金中，可形成一系列碳化物，其中Fe3C（渗碳体，6.69%C）是亚稳相，它是具有复杂结构的间隙化合物。

石墨是铁碳合金的稳定平衡相，具有简单六方结构。Fe3C有可能分解成铁和石墨稳定相，但该过程在室温下是极其缓慢的。

E. 哪些因素可使钢材变脆

从理论角来度来讲影响钢材脆性的主自要因素是钢材中硫和磷的含量问题；
如果工艺路线不经过热处理那么这个因素影响就小一些；
如果工艺路线走热处理这一步（含锻打，铸造）那么这个影响就相当的明显；
就必须采取必要的措施；
1；
设计选材上尽量避开对热影响区和淬火区敏感的材料；
2不得已而用之那么就要在工艺上采取预防措施；
建议再仔细查阅一下金属材料学；
3设计过程中采取防脆断措施如工艺圆角；
加强筋；
拔模等；
有很多；
建议查阅机械设计手册中的工艺预防措施和手段；

F. 钢中的什么元素能使钢材在高温下变脆

钢中的杂质是硫、磷。高温变脆是硫，称为热脆；低温变脆是磷，叫做冷脆。

G. 影响钢材发生冷脆的化学元素是哪些

影响钢材发生冷脆的化学元素主要有氮和磷，而使钢材发生热脆的化学元素主要是氧和硫。

对于钢材，脆性越高其硬度越大，抗弯曲强度越高，而对于塑性较强的钢材来说正好与之相反，塑性强度大的钢材其硬度低，易弯曲不易折断，对于这两种钢材来说其性能有明显的差别。

冷脆性只发生在具有体心立方晶格的金属中。锅炉与压力容器中广泛采用的低碳钢及低合金钢都是体心立方晶格型，所以会发生遇冷变脆的现象。而面心立方晶格的金属，如铝、铜、镍都不会产生冷脆现象。

(7)什么在低温下使钢材变脆扩展阅读：

加工硬化降低了钢材的韧性，同时使韧脆转变温度增加。这种影响随钢材类型不同及加工硬化量的大小而变化。对于冲压封头，试验结果表明，冷压封头的韧脆转变温度高于热压封头，且冲击韧度值也有所减小。

对于冷脆性的材料会在温度变低的情况下脆性急剧增加，因此，选用冷脆性材料时因注意使用的环境以及温度等的影响因素，尽量避免不必要的意外发生，在选材时要把温度对钢材的影响因素考虑在内。

H. 怎么消除钢材的低温冷脆性

钢材的破坏分塑性破坏和脆性破坏两种。

脆性破坏：加载后，无明显变形，因此破坏前无预兆，断裂时断口平齐，呈有光泽的晶粒状。脆性破坏危险性大。

影响脆性破坏的因素
1.化学成分
2.冶金缺陷（偏析、非金属夹杂、裂纹、起层）
3.温度（热脆、低温冷脆）
4.冷作硬化
5.时效硬化
6.应力集中
7.同号三向主应力状态

1 ) 钢材质量差、厚度大：钢材的碳、硫、磷、氧、氮等元素含量过高,晶粒较粗,夹杂物等冶金缺陷严重,韧性差等；较厚的钢材辊轧次数较少，材质差、韧性低，可能存在较多的冶金缺陷。
(2) 结构或构件构造不合理：孔洞、缺口或截面改变急剧或布置不当等使应力集中严重。
(3) 制造安装质量差：焊接、安装工艺不合理,焊缝交错,焊接缺陷大,残余应力严重；冷加工引起的应变硬化和随后出现的应变时效使钢材变脆。
(4) 结构受有较大动力荷载或反复荷载作用：但荷载在结构上作用速度很快时（如吊车行进时由于轨缝处高差而造成对吊车梁的冲击作用和地震作用等），材料的应力-应变特性就要发生很大的改变。随着加荷速度增大,屈服点将提高而韧性降低。特别是和缺陷、应力集中、低温等因素同时作用时,材料的脆性将显著增加。
（5）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。

为了防止钢材的脆性断裂，可以从以下几个方面着手：
1、裂纹
当焊接结构的板厚较大时（大于25mm），如果含碳量高，连接内部有约束作用，焊肉外形不适当，或冷却过快，都有可能在焊后出现裂纹，从而产生断裂破坏。针对这个问题，把碳控制在0.22%左右，同时在焊接工艺上增加预热措施使焊缝冷却缓慢，解决了断裂问题。
焊缝冷却时收缩作用受到约束，有可能促使它出现裂纹。措施是：在两板之间垫上软钢丝留出缝隙，焊缝有收缩余地，裂纹就不会出现。
把角焊缝的表面作成凹形，有利于缓和应力集中。凹形表面的焊缝，焊后比凸形的容易开裂，原因是凹形缝的表面有较大的收缩拉应力，并且在45°截面上焊缝厚度最小。凸形缝表面拉力不大，而45°截面又有所增强，情况要好的多。在凹形焊缝开裂的条件下，改用凸形焊缝，就不再开裂。
2、应力
考察断裂问题时，应力 是构件的实际应力，它不仅和荷载的大小有关，也和构造形状及施焊条件有关。几何形状和尺寸的突然变化造成应力集中，使局部应力增高，对脆性破坏最为危险。施焊过程造成构件内的残余拉应力，也是不利的。因此，避免焊缝过于集中和避免截面突然变化，都有助于防止脆性断裂。
3、材料选用
为了防止脆性断裂，结构的材料应该具有一定的韧性。材料断裂时吸收的能量和温度有密切关系。吸收的能量可以划分为三个区域，即变形是塑性的、弹塑性的和弹性的。要求材料的韧性不低于弹性，以避免出现完全脆性的断裂，也没有必要高于弹塑性，对钢材要求太高，必然会提高造价。钢材的厚度对它的韧性也有影响。厚钢板的韧性低于薄钢板。
4、构造细部
发生脆性断裂的原因是存在和焊缝相交的构造缝隙，或相当于构造缝隙的未透焊缝。构造焊缝相当于狭长的裂纹，造成高度的应力集中，焊缝则造成高额残余拉应力并使近旁金属因热塑变形而时效硬化，提高脆性。低温地区结构的构造细部应该保证焊缝能够焊透。因此，设计时必须注意焊缝的施工条件，以保证施焊方便，能够焊透。