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1、沖擊韌性低值分析1沖擊韌性1.1沖擊載荷沖擊載荷是指一個(gè)一定質(zhì)量的物體以一定的速度沖擊試樣所施加的載荷。0的是實(shí)現(xiàn)高速加載，在極短的吋間內(nèi)將載荷加至特定的數(shù)值。加載速度的增高將引起金屬集性行為和斷裂行為的改變。在金屬材料的研究領(lǐng)域屮，通常用材料的應(yīng)變速率來(lái)描述加載的速度。各種加載方式相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變速率應(yīng)變速率（"）加載方式10*10'5恒載荷蠕變lO'^lO'1靜態(tài)拉伸lO'^lO2動(dòng)態(tài)拉伸或壓縮1。2~104機(jī)械沖擊104~108爆炸沖擊沖擊加載時(shí)，金屬塑性變形的應(yīng)變率增長(zhǎng)落后與載荷速率的增長(zhǎng)。而II塑性變形來(lái)不及快
2、速傳播，應(yīng)變不是均勻的分布在金屈整個(gè)體積內(nèi)。在高的應(yīng)變速率下，材料的燉服強(qiáng)度增大。甚至，當(dāng)應(yīng)變速率足夠高時(shí)，可能在尚無(wú)明顯的塑性變形之前就發(fā)生脆性斷裂。1.2沖擊試樣的斷裂過(guò)程沖擊試樣在沖擊載荷下的變形和斷裂包括彈性變形、塑性變形、裂紋的形成和裂紋的擴(kuò)展幾個(gè)階段。?tP,?1撓度/牌跟形纖維區(qū)裂紋源放射形結(jié)晶狀體區(qū)底部及邊緣剪切屆區(qū)圖347缺口沖擊試樣的我荷T堯度曲線圖348韌性材料的沖擊試樣斷口由于缺口的存在，塑性變形只局限在缺口附近的區(qū)域。缺口越深越尖銳，參與塑性變形的體積越小。2韌性的影響因素2.1化學(xué)成分低合
3、金高強(qiáng)度與其他微合金鋼一樣，都是在傳統(tǒng)C-Mn鋼的基礎(chǔ)上進(jìn)行合金設(shè)計(jì)，加入微量的Nb、V、Ti或少量的Mo、Ni、Cr、Cu等元素，組成不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼種。1、C碳是提高管線鋼強(qiáng)度最傳統(tǒng)、最經(jīng)濟(jì)的元索，同時(shí)也是影響焊接性能最敏感的元素。隨著碳含量的增加，鋼的沖擊韌性明顯下降，偏析加劇，抗HIC和SSC的能力也下降，因此，提高管線鋼的韌性，最根本的途徑是降低碳含量。管線鋼的發(fā)展方向是逐步趨向低碳和超低碳的，含碳量從最初的人于0.1%逐步降低，現(xiàn)在最低可達(dá)到0.01%。低的碳含量利于提高管線鋼的蜩性、韌性、和減小偏析,易
4、于焊接，但是為彌補(bǔ)由此帶來(lái)的強(qiáng)度損失就必須添加其他合金元素，通過(guò)微合金化及新的機(jī)械熱處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)多種強(qiáng)化機(jī)制來(lái)提高鋼的強(qiáng)度。2、MnMn具有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，對(duì)于管線鋼的強(qiáng)度提高有很大貢獻(xiàn)；其述可降低YP相變溫度，可以細(xì)化鐵素體品粒；適量的Mn可提高韌性，降低鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度；在冶煉能夠起到脫硫作用，可以防止熱裂。因此，低C高M(jìn)n是現(xiàn)代管線鋼合金設(shè)計(jì)的基木理念。但是，Mn含量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致控軋鋼板的中心偏析嚴(yán)重，造成材料各項(xiàng)力學(xué)性能差異嚴(yán)重，并會(huì)導(dǎo)致管線鋼抗HIC下降。根據(jù)管線鋼板厚和強(qiáng)度的不同耍求，鋼中Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
5、一?般為1.2%—2.0%。強(qiáng)度級(jí)別不同的管線鋼含Mn量有一定的差界,X70的含Mn量低于X80和X100。為了阻止Mn的過(guò)分偏析，X80和X100中Mn含量增加的同時(shí)其他合金元素也相應(yīng)增加。3、P、S硫和磷是鋼小不可避免的雜質(zhì)兀素，含量需要嚴(yán)格控制，二者含量的增加均會(huì)使材料對(duì)裂紋的抵抗力明顯減小，降低材料的沖擊韌性。S常以條狀硫化物的形態(tài)存在，它破壞了鋼的連續(xù)性，顯著降低鋼的橫向延展性和韌性；而且容易在鋼的軋制方向產(chǎn)生氫致裂紋，因此耍減少條狀硫化物的數(shù)量或改變其形態(tài)。P是一種極易偏析的元素，P元素在軋制時(shí)的偏析傾向
6、很大，它主要惡化管線鋼的抗氫致裂紋能力和抗應(yīng)力腐蝕能力，同吋升高管線鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，使管線鋼發(fā)生冷脆的趨勢(shì)加大，增加了安全隱患。4、B在微合金高強(qiáng)度鋼中加入少量的硼元素，可以降低碳當(dāng)量和提高焊接性。B含量在0.001%時(shí)就可使鋼的顯微組織全部轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，過(guò)量的硼顯然可以較顯著地提高強(qiáng)度，但卻降低韌性，特別是對(duì)脆性轉(zhuǎn)變溫度的影響更大。此外，在含Nb或Ti的鋼中加入少量B,可以進(jìn)一步提高奧氏體的再結(jié)晶溫度，并降低奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度，更冇利于品粒細(xì)化和組織強(qiáng)化。用B進(jìn)行組織強(qiáng)化的管錢(qián)鋼必須嚴(yán)格控制碳含量和氮含量，并以Ti
7、固定氮，防止Fe23（CB）6和BN的岀現(xiàn)而影響硼的作用。5、Nb、V、Ti這三種元索均冇細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化作用。沉淀強(qiáng)化在提高屈服強(qiáng)度的同時(shí)，使韌性有所降低，然而，某些情況下，可由沉淀物引起的附加昂粒細(xì)化作用來(lái)補(bǔ)償。Nb要充分發(fā)揮其強(qiáng)化作用，首先必須固溶于Y?Fe中，由于Nb原子比Fe原子大得多，因而溶于Y?Fe中的含量十分有限，在低碳鋼中一般不會(huì)超過(guò)0.04%。這種同溶楓在加熱過(guò)程屮可以阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在隨后的控軋控冷過(guò)程屮會(huì)在位錯(cuò)、亞品界、品界上沉淀析出銳的碳、氮化物，阻礙奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，以利于晶粒細(xì)化。
8、V在微合金化元素中具有最高的溶解度，是微合金鋼最常用、最有效的強(qiáng)化元素Z-o但當(dāng)V單獨(dú)加入時(shí)，由于V固溶得多，析岀卻很少，強(qiáng)化效果得不到有效發(fā)揮。氮是含銳微合金鋼中一種十分有效的合金化元素，其與饑具有較強(qiáng)的親和力，所以V的作用是通過(guò)形成V（C、N）來(lái)影響鋼的組織和性能的。冇研究表明，V（C、N）顆粒大部分是在先共析鐵素體內(nèi)彌散析岀，在珠光體內(nèi)的
