鋼材斷裂分析

　　用于各行業的鋼材(cai)品(pin)種達數千種之多。每種鋼材(cai)都因不同的性能、化(hua)學成分或合金種類和(he)含量而具(ju)有不同的商品(pin)名稱。雖然斷(duan)裂韌性值大大方便(bian)了(le)每種鋼的選擇，然而這(zhe)些參(can)數很難適(shi)用于所有鋼材(cai)。

　　主(zhu)要原因(yin)有：

　　第(di)一，因為在鋼(gang)的冶煉時需加入一定數量(liang)的某種(zhong)或(huo)多(duo)種(zhong)合金元素，成材后再(zai)經簡單(dan)熱處理便可獲得(de)不同的顯(xian)微組織(zhi)，從而改變了(le)鋼(gang)的原有性能;

　　第二，因為煉鋼(gang)(gang)(gang)和澆注(zhu)過程中產生(sheng)的缺(que)(que)陷(xian)(xian)，特別是集(ji)中缺(que)(que)陷(xian)(xian)(如氣孔、夾雜等(deng))在軋制時極其(qi)敏感(gan)，并且在同(tong)(tong)一化(hua)(hua)學成(cheng)分(fen)鋼(gang)(gang)(gang)的不同(tong)(tong)爐次之間，甚至在同(tong)(tong)一鋼(gang)(gang)(gang)坯的不同(tong)(tong)部(bu)位發生(sheng)不同(tong)(tong)的改變，從而(er)影響鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)的質量(liang)。由于鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)韌性(xing)主(zhu)要(yao)取決于顯(xian)(xian)微結構和缺(que)(que)陷(xian)(xian)的分(fen)散(嚴防集(ji)中缺(que)(que)陷(xian)(xian))度，而(er)不是化(hua)(hua)學成(cheng)分(fen)。所以，經熱(re)處理后韌性(xing)會發生(sheng)很大變化(hua)(hua)。要(yao)深(shen)入探(tan)究鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)性(xing)能及(ji)其(qi)斷裂原(yuan)因，還(huan)需(xu)掌握(wo)物理冶金(jin)學和顯(xian)(xian)微組(zu)織與鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)韌性(xing)的關系(xi)。

　　1. 鐵(tie)素體-珠光體鋼斷(duan)裂

　　鐵素體(ti)-珠(zhu)光(guang)體(ti)鋼占(zhan)鋼總產量(liang)的絕大多數。它們通常是含碳量(liang)在0.05%～0.20%之間的鐵-碳和為提(ti)高屈(qu)服強度及韌性而(er)加入的其它少量(liang)合金(jin)元素的合金(jin)。

　　鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)-珠光體(ti)的(de)(de)顯微(wei)組(zu)織由BBC鐵(tie)(tie)(鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti))、0.01%C、可溶合金(jin)和(he)Fe3C組(zu)成。在碳(tan)(tan)含(han)量(liang)很低的(de)(de)碳(tan)(tan)鋼中(zhong)(zhong)，滲碳(tan)(tan)體(ti)顆粒(li)(碳(tan)(tan)化(hua)物)停留在鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)晶(jing)粒(li)邊界和(he)晶(jing)粒(li)之中(zhong)(zhong)。但當碳(tan)(tan)含(han)量(liang)高于0.02%時，絕大多(duo)數的(de)(de)Fe3C形成具(ju)有某些(xie)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)的(de)(de)片(pian)狀結(jie)構，而(er)稱為(wei)珠光體(ti)，同時趨(qu)向于作為(wei)“晶(jing)粒(li)”和(he)球結(jie)(晶(jing)界析出物)分散在鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)基體(ti)中(zhong)(zhong)。含(han)碳(tan)(tan)量(liang)在0.10%～0.20%的(de)(de)低碳(tan)(tan)鋼顯微(wei)組(zu)織中(zhong)(zhong)，珠光體(ti)含(han)量(liang)占10%～25%。

　　盡管(guan)珠光體(ti)(ti)(ti)顆(ke)粒(li)很堅硬(ying)，但卻能非常廣泛地分散(san)在鐵素體(ti)(ti)(ti)基體(ti)(ti)(ti)上，并且圍(wei)繞(rao)鐵素體(ti)(ti)(ti)輕松(song)地變形。通(tong)常，鐵素體(ti)(ti)(ti)的(de)晶(jing)粒(li)尺寸(cun)會隨著(zhu)珠光體(ti)(ti)(ti)含量的(de)增加而減(jian)小。因(yin)為珠光體(ti)(ti)(ti)球結的(de)形成(cheng)和轉化會妨礙鐵素體(ti)(ti)(ti)晶(jing)粒(li)長(chang)大。因(yin)此，珠光體(ti)(ti)(ti)會通(tong)過升(sheng)高d-1/2(d為晶(jing)粒(li)平均直(zhi)徑)而間接(jie)升(sheng)高拉伸屈服應力δy。

　　從(cong)斷裂分(fen)析的觀點看(kan)，在低(di)碳鋼中(zhong)有(you)兩種含碳量(liang)范圍的鋼，其性能令人關注。

　　一是(shi)，含(han)(han)碳量(liang)在(zai)0.03%以下，碳以珠光(guang)體球結的(de)形式存在(zai)，對鋼的(de)韌(ren)性(xing)(xing)影響較(jiao)小;二是(shi)，含(han)(han)碳量(liang)較(jiao)高時，以球光(guang)體形式直接影響韌(ren)性(xing)(xing)和夏比曲(qu)線(xian)。

　　2. 處理工(gong)藝的影響(xiang)

　　實踐得知，水淬火(huo)鋼的沖擊性能(neng)優于退火(huo)或正火(huo)鋼的沖擊性能(neng)，原因在于快冷阻止了滲碳體(ti)(ti)在晶界(jie)形(xing)成，并促(cu)使鐵素體(ti)(ti)晶粒變細。

　　許多鋼材是在(zai)熱軋(ya)狀(zhuang)態下(xia)銷售，軋(ya)制(zhi)條件對沖擊性(xing)(xing)(xing)能有很(hen)大影響。較低的終軋(ya)溫度(du)會降低沖擊轉(zhuan)變溫度(du)，增大冷(leng)卻(que)速度(du)和促(cu)使鐵(tie)素體(ti)晶(jing)粒變細，從(cong)而(er)提高(gao)鋼材韌性(xing)(xing)(xing)。厚(hou)(hou)板(ban)因(yin)冷(leng)卻(que)速度(du)比薄板(ban)慢，鐵(tie)素體(ti)晶(jing)粒比薄板(ban)粗大。所(suo)以，在(zai)同(tong)樣的熱處理條件下(xia)厚(hou)(hou)板(ban)比薄板(ban)更脆性(xing)(xing)(xing)。因(yin)此，熱軋(ya)后常用正火處理以改善鋼板(ban)性(xing)(xing)(xing)能。

　　熱軋(ya)也(ye)可(ke)生產各向異性鋼(gang)和各種混合組(zu)織(zhi)、珠光體帶(dai)、夾(jia)雜(za)晶界(jie)與軋(ya)制方(fang)向一(yi)致的(de)定向韌性鋼(gang)。珠光體帶(dai)和拉長后的(de)夾(jia)雜(za)粗大分散成鱗片狀，對夏比(bi)轉變溫(wen)(wen)度范圍低溫(wen)(wen)處的(de)缺口(kou)韌性有很(hen)大影響。

　　3. 鐵素(su)體-可溶(rong)合金(jin)元素(su)的影響

　　絕大多數(shu)合(he)(he)金(jin)(jin)元素加入低碳(tan)鋼，是(shi)為(wei)了(le)生產在某(mou)些(xie)環境(jing)溫(wen)度(du)下的固溶(rong)體硬化鋼，提(ti)高晶格摩擦應力(li)δi。但目(mu)前(qian)還不能(neng)僅用(yong)公(gong)式預(yu)測(ce)較低屈服(fu)應力(li)，除非已知晶粒尺寸。雖然屈服(fu)應力(li)的決(jue)定因(yin)素是(shi)正火(huo)溫(wen)度(du)和(he)冷卻速度(du)，然而這種(zhong)研究(jiu)方法仍很(hen)重要，因(yin)為(wei)可(ke)以通(tong)過提(ti)高δi預(yu)測(ce)單個(ge)合(he)(he)金(jin)(jin)元素可(ke)降低韌性的范圍。

　　鐵素體鋼的無(wu)塑性轉變(bian)(NDT)溫(wen)度(du)和(he)夏比轉變(bian)溫(wen)度(du)的回歸分析(xi)至今尚無(wu)報(bao)導(dao)，然而這些也僅(jin)限于(yu)加入單個(ge)合(he)金元(yuan)素對韌性影(ying)(ying)響的定性討論。以下就幾種合(he)金元(yuan)素對鋼性能的影(ying)(ying)響作簡要介(jie)紹。

　　1)錳。絕大多數(shu)的(de)錳含量約為0.5%。作為脫氧劑或固硫劑加入可防止鋼的(de)熱(re)裂。在低碳(tan)鋼中還有以下作用。

　　◆ 含碳(tan)量0.05%鋼，空冷或爐冷后有降低晶粒邊(bian)界滲碳(tan)體薄(bo)膜(mo)形成的(de)趨勢(shi)。

　　◆ 可稍減小鐵素(su)體(ti)晶粒尺(chi)寸。

　　◆ 可產生大量而細(xi)小(xiao)的珠光(guang)體顆粒。

　　前兩種作用說(shuo)明(ming)NDT溫度隨著錳量的增加而降低，后兩種作用會引起夏比曲線峰值更尖(jian)。

　　鋼(gang)含(han)碳量(liang)較高時，錳能顯著降低約50%轉變溫度。其(qi)原(yuan)因(yin)可能是(shi)因(yin)珠光體(ti)(ti)(ti)量(liang)多，而不是(shi)滲碳體(ti)(ti)(ti)在邊界(jie)的(de)(de)分(fen)布。必須(xu)注(zhu)意的(de)(de)是(shi)，如果鋼(gang)的(de)(de)含(han)碳量(liang)高于(yu)0.15%，高錳含(han)量(liang)對正火鋼(gang)的(de)(de)沖擊性(xing)能影響(xiang)起(qi)到了決(jue)定性(xing)作用。因(yin)為鋼(gang)的(de)(de)高淬透性(xing)引(yin)起(qi)奧氏體(ti)(ti)(ti)轉變成脆(cui)性(xing)的(de)(de)上貝氏體(ti)(ti)(ti)，而不是(shi)鐵素體(ti)(ti)(ti)或(huo)珠光體(ti)(ti)(ti)。

　　2)鎳。加(jia)入鋼(gang)(gang)中的(de)作(zuo)用似錳，可改善鐵-碳(tan)合金韌性。其作(zuo)用大小(xiao)取(qu)決于含(han)碳(tan)量(liang)和(he)熱處(chu)理。在含(han)碳(tan)量(liang)(約(yue)0.02%)很低的(de)鋼(gang)(gang)中，加(jia)入量(liang)達到2%就(jiu)能防止熱軋(ya)態和(he)正火(huo)鋼(gang)(gang)晶界滲(shen)碳(tan)體的(de)形(xing)成，同時(shi)實質降低開始轉變溫度TS，升(sheng)高夏比沖(chong)擊(ji)曲(qu)線峰值。

　　進一步增加鎳含(han)量(liang)，改善沖擊(ji)韌性效果(guo)則降低。如果(guo)這時含(han)碳量(liang)低至正火后無碳化物出現時，鎳對轉變(bian)溫度的(de)影響將變(bian)得很有限。在含(han)碳約0.10%的(de)正火鋼(gang)中(zhong)加入鎳，最(zui)大的(de)好(hao)處(chu)是細化晶粒和降低游離氮含(han)量(liang)，但其機理(li)目前尚(shang)不清楚。可能是由于鎳作為奧氏體的(de)穩定劑從而降低了奧氏體分解的(de)溫度。

　　3)磷(lin)。在純凈的鐵(tie)-磷(lin)合(he)金中，由(you)于鐵(tie)素(su)體(ti)晶(jing)界會(hui)發(fa)(fa)生(sheng)磷(lin)偏析降低了(le)抗拉(la)強度Rm而使晶(jing)粒(li)之間脆化。此外，由(you)于磷(lin)還是(shi)鐵(tie)素(su)體(ti)的穩定劑。所以，加入鋼中將大大增加δi值和鐵(tie)素(su)體(ti)晶(jing)粒(li)尺寸。這些作用的綜合(he)將使磷(lin)成為極其有害的脆化劑，發(fa)(fa)生(sheng)穿晶(jing)斷裂。

　　4)硅。鋼中(zhong)加硅是為了脫(tuo)氧，同時(shi)(shi)有益于提(ti)高沖擊性能(neng)。如(ru)果鋼中(zhong)同時(shi)(shi)存在(zai)錳和鋁，大(da)部分硅在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)素體(ti)中(zhong)溶(rong)解(jie)，同時(shi)(shi)通過固溶(rong)化硬化作用提(ti)高δi。這(zhe)種作用與加入硅提(ti)高沖擊性能(neng)綜合(he)的(de)(de)結果是，在(zai)穩定晶(jing)粒(li)尺寸(cun)的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)-碳合(he)金中(zhong)按重(zhong)量(liang)百分比加入硅，使50%轉(zhuan)變溫(wen)度(du)升(sheng)高約(yue)(yue)44℃。此外(wai)，硅與磷相似，是鐵(tie)(tie)(tie)素鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)穩定劑，能(neng)促進(jin)鐵(tie)(tie)(tie)素體(ti)晶(jing)粒(li)長(chang)大(da)。按重(zhong)量(liang)百分數計(ji)，硅加入正火(huo)鋼中(zhong)將提(ti)高平(ping)均(jun)能(neng)量(liang)轉(zhuan)換溫(wen)度(du)約(yue)(yue)60℃。

　　5)鋁。以合金(jin)和脫氧(yang)劑(ji)的(de)(de)作(zuo)用加入鋼中有以下兩方(fang)面的(de)(de)原因(yin)：第一(yi)，與溶(rong)體(ti)(ti)中的(de)(de)氮生成AlN，去(qu)除游(you)離(li)(li)氮;第二(er)，AlN的(de)(de)形成細化(hua)了鐵素體(ti)(ti)晶粒(li)。這兩種作(zuo)用的(de)(de)結果(guo)是，每增(zeng)加0.1%的(de)(de)鋁，將使轉變(bian)溫(wen)度降低約40℃。然(ran)而，當鋁的(de)(de)加入量(liang)超過了需要，“固化(hua)”游(you)離(li)(li)氮的(de)(de)作(zuo)用將變(bian)弱。

　　6)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)。鋼中(zhong)的氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)會在晶(jing)界(jie)產生(sheng)偏析導(dao)致鐵合(he)金晶(jing)間斷裂。鋼中(zhong)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)含量高至(zhi)0.01%，斷裂就會沿著脆(cui)(cui)化晶(jing)粒(li)的晶(jing)界(jie)產生(sheng)的連續通(tong)道(dao)發生(sheng)。即使鋼中(zhong)含氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)量很低(di)，也會使裂紋在晶(jing)界(jie)集(ji)中(zhong)成(cheng)核，然(ran)后穿(chuan)晶(jing)擴散。解決氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)脆(cui)(cui)化問(wen)題的方法是，可加入(ru)脫氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)劑(ji)碳、錳(meng)、硅、鋁和(he)(he)鋯，使其(qi)和(he)(he)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)結合(he)生(sheng)成(cheng)氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)顆粒(li)，而將氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)從晶(jing)界(jie)去(qu)除。氧(yang)(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu)顆粒(li)也是延(yan)遲鐵素體生(sheng)長和(he)(he)提高d-/2的有利(li)物(wu)質。

　　4. 含碳(tan)量在0.3%～0.8%的影響

　　亞(ya)共析鋼(gang)的含碳量在0.3%～0.8%，先共析鐵素體(ti)(ti)是連(lian)續相并首(shou)先在奧(ao)氏體(ti)(ti)晶界形(xing)成。珠光(guang)體(ti)(ti)在奧(ao)氏體(ti)(ti)晶粒內形(xing)成，同時占顯微組(zu)織的35%～100%。此外，還有多種(zhong)聚集組(zu)織在每一個奧(ao)氏體(ti)(ti)晶粒內形(xing)成，使(shi)珠光(guang)體(ti)(ti)成為多晶體(ti)(ti)。

　　由于珠光體(ti)強度比先共(gong)析(xi)鐵素(su)體(ti)高，所(suo)以限制了鐵素(su)體(ti)的(de)流(liu)動，從而(er)使鋼的(de)屈服強度和應變硬化率(lv)隨著珠光體(ti)含(han)碳量的(de)增加(jia)(jia)而(er)增加(jia)(jia)。限制作用隨硬化塊數量增加(jia)(jia)，珠光體(ti)對先共(gong)析(xi)晶粒尺寸的(de)細化而(er)增強。

　　鋼中有大量珠光體時，形(xing)變過(guo)程(cheng)中會在(zai)低溫和(he)/或高應變率時形(xing)成微型解(jie)(jie)理裂紋。雖(sui)然也有某(mou)些(xie)內部聚集組織斷面，但斷裂通道最初還(huan)是沿著解(jie)(jie)理面穿行。所以，在(zai)鐵素體片(pian)之間、相鄰聚集組織中的鐵素體晶粒內有某(mou)些(xie)擇優取向。

　　5. 貝氏體鋼斷裂

　　在含碳(tan)量為0.10%的低(di)碳(tan)鋼中(zhong)加入0.05%鉬和(he)硼(peng)可優化通(tong)常發生在700～850℃奧氏(shi)體(ti)-鐵素體(ti)轉變，且不影響其(qi)后在450℃和(he)675℃時奧氏(shi)體(ti)-貝氏(shi)體(ti)轉變的動力學條件。

　　在(zai)大約525～675℃之間形成(cheng)的貝(bei)(bei)氏(shi)(shi)體，通(tong)常(chang)稱為“上(shang)貝(bei)(bei)氏(shi)(shi)體”;在(zai)450～525℃之間形成(cheng)的稱為“下(xia)貝(bei)(bei)氏(shi)(shi)體”。兩種組(zu)織均由針狀鐵素體和分(fen)散的碳化物(wu)組(zu)成(cheng)。當轉變溫(wen)度(du)從675℃降至450℃時，未回(hui)火(huo)貝(bei)(bei)氏(shi)(shi)體的抗拉強(qiang)度(du)會從585MPa升(sheng)高至1170MPa。

　　因為(wei)轉變溫度由合金元素(su)含量決定，并間接影(ying)響屈(qu)服和抗拉強(qiang)度。這些鋼獲(huo)得的高(gao)強(qiang)度是以(yi)下(xia)兩種作用的結果：

　　1) 當(dang)轉(zhuan)變溫度降(jiang)低時(shi)，貝氏(shi)體(ti)(ti)鐵素(su)體(ti)(ti)片(pian)尺寸(cun)不斷細化。

 　　2) 在下貝(bei)氏體內精細的碳化物不斷分散(san)。這些鋼的斷口特征在很(hen)大程度上(shang)取(qu)決于抗拉強度和(he)轉變溫度。

　　有兩種作(zuo)用要注(zhu)意：第一，一定(ding)的(de)抗拉強度級別，回火下貝氏體的(de)夏比沖擊性能(neng)遠(yuan)遠(yuan)優于未(wei)回火的(de)上貝氏體。原(yuan)因是在上貝氏體中，球光(guang)體內(nei)的(de)解理(li)小平面切(qie)割(ge)了(le)若干貝氏體晶(jing)(jing)粒(li)，決定(ding)斷(duan)裂(lie)的(de)主要尺(chi)寸是奧氏體晶(jing)(jing)粒(li)尺(chi)寸。

　　在(zai)下貝(bei)氏體(ti)(ti)(ti)中，針狀鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)內的解理面未排成一(yi)直線，因(yin)此決定準(zhun)解理斷(duan)裂(lie)面是(shi)否斷(duan)裂(lie)的主要特征(zheng)是(shi)針狀鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)晶粒(li)(li)尺寸(cun)。因(yin)為這里的針狀鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)晶粒(li)(li)尺寸(cun)僅為上貝(bei)氏體(ti)(ti)(ti)中的奧氏體(ti)(ti)(ti)晶粒(li)(li)尺寸(cun)的1/2。所以，在(zai)同一(yi)強度級別，下貝(bei)氏體(ti)(ti)(ti)轉變溫度比上貝(bei)氏體(ti)(ti)(ti)低許多(duo)。

　　除了上面的(de)原因之外是碳(tan)化物(wu)分布(bu)。在上貝(bei)氏體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)碳(tan)化物(wu)位(wei)于晶界沿線，并(bing)通過降(jiang)低抗拉(la)強(qiang)度(du)Rm增(zeng)加(jia)脆性。在回火的(de)下貝(bei)氏體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)，碳(tan)化物(wu)非常均勻地(di)分布(bu)的(de)鐵素(su)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)，同(tong)時(shi)通過限制解理裂紋以(yi)提高抗拉(la)強(qiang)度(du)并(bing)促進球化珠光體(ti)(ti)細化。

　　第二，要注(zhu)意的是未(wei)回火(huo)合金中轉變(bian)溫(wen)度(du)與抗(kang)拉(la)強度(du)的變(bian)化。在上貝(bei)氏體中，轉變(bian)溫(wen)度(du)的降低會使針狀鐵素(su)體尺寸細(xi)化同時升高(gao)延伸強度(du)Rp0.2。

　　在下貝氏體中(zhong)，為獲得830MPa或更高(gao)的抗(kang)拉強度，也可通(tong)過降(jiang)低轉變溫度提高(gao)強度的方法實(shi)現。然而，因(yin)為上貝氏體的斷口應力(li)取決于奧氏體晶粒尺寸，而此時的碳化物(wu)顆粒尺寸已經很大，因(yin)此通(tong)過回火提高(gao)抗(kang)拉強度的作用很小。

　　6. 馬氏體鋼斷裂

　　碳(tan)或其它元(yuan)素(su)加入鋼中(zhong)可延(yan)遲奧氏(shi)(shi)(shi)體轉變成鐵(tie)素(su)體和(he)珠光體或貝氏(shi)(shi)(shi)體，同時奧氏(shi)(shi)(shi)體化(hua)后如果冷卻速(su)度足夠快，通過剪切工藝奧氏(shi)(shi)(shi)體會變成馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體而不需進行原子擴散。

　　理想的(de)馬氏體斷裂應(ying)具有(you)以下特征。

　　◆ 因為轉變溫度很低(di)(200℃或(huo)更低(di))，四面體(ti)鐵素體(ti)或(huo)針狀(zhuang)馬氏體(ti)非常細。

　　◆ 因為通過剪切發生轉(zhuan)變，奧氏體(ti)中的(de)碳(tan)原子來不及擴散出(chu)晶(jing)體(ti)，使鐵(tie)素體(ti)中的(de)碳(tan)原子飽和從(cong)而使馬(ma)氏體(ti)晶(jing)粒拉(la)長(chang)導致(zhi)晶(jing)格膨脹。

　　◆ 發生(sheng)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變(bian)要超過一(yi)定的溫度范圍，因為初(chu)始生(sheng)成的馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)片(pian)給以后的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變(bian)成馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)增(zeng)加阻(zu)力。所(suo)以，轉變(bian)后的結構(gou)(gou)是馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)和(he)殘余奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的混合結構(gou)(gou)。

　　為了保證鋼的性能穩定，必(bi)須進(jin)行回火。高碳(0.3%以上)馬氏體，在(zai)以下范圍內回火約1h，經歷以下三(san)個(ge)階段(duan)。

　　1) 溫度達(da)到約100℃時，馬(ma)氏體某些(xie)過飽和碳(tan)沉淀(dian)并形成非常細小的ε-碳(tan)化物顆粒，分散(san)于馬(ma)氏體中而(er)降低碳(tan)含量。

　　2) 溫度在100～300℃之間，任何殘余奧氏體都(dou)可能轉變成貝氏體和ε-碳化物。

　　3) 在第3階段回(hui)火中，大約200℃起取決于碳含量和(he)合金成(cheng)分。當回(hui)火溫度(du)升至共析溫度(du)，碳化物沉(chen)淀變粗同(tong)時(shi)Rp0.2降低(di)。

　　7. 中(zhong)強度鋼斷裂

　　除了(le)消除應力提高沖(chong)擊(ji)韌性之外(wai)，回火還有以下兩種作用：

　　第一(yi)，轉變殘(can)余奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)。殘(can)留奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)將在(zai)(zai)低溫(wen)約30℃轉變成韌性針狀下貝氏(shi)體(ti)(ti)。在(zai)(zai)較高的溫(wen)度(du)如(ru)600℃，殘(can)余奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)會轉變成脆性的珠(zhu)光(guang)體(ti)(ti)。因此，鋼在(zai)(zai)550～600℃進行第一(yi)次回(hui)火(huo)(huo)，在(zai)(zai)300℃進行第二次回(hui)火(huo)(huo)，以避免形成脆性珠(zhu)光(guang)體(ti)(ti)，稱這(zhe)種回(hui)火(huo)(huo)制度(du)為“二次回(hui)火(huo)(huo)”。

　　第二，增(zeng)加(jia)彌散性(xing)碳化物含(han)量(抗(kang)拉強(qiang)度(du)Rm增(zeng)加(jia))，降(jiang)低屈服強(qiang)度(du)。如果升高回火溫度(du)，兩(liang)者都(dou)將會(hui)引起沖擊，轉變回火范圍降(jiang)低。因(yin)為顯(xian)微(wei)組織(zhi)變精細，在同樣強(qiang)度(du)級別(bie)，將提高抗(kang)拉塑性(xing)。

　　回(hui)火脆(cui)性(xing)是(shi)可(ke)逆的(de)。如(ru)(ru)(ru)果回(hui)火溫(wen)度(du)高到(dao)超過(guo)了(le)臨界范(fan)圍而降(jiang)低了(le)轉(zhuan)變溫(wen)度(du)，可(ke)將(jiang)材料再加(jia)熱后在臨界范(fan)圍處(chu)理，回(hui)火溫(wen)度(du)才可(ke)以再升高。如(ru)(ru)(ru)果出現微量元素，表(biao)明脆(cui)性(xing)將(jiang)得到(dao)改善。最重(zhong)要(yao)的(de)微量元素是(shi)銻、磷、錫、砷，加(jia)上錳和硅都有去(qu)脆(cui)作(zuo)用。如(ru)(ru)(ru)果其(qi)它合金元素存(cun)在，鉬也能降(jiang)低回(hui)火脆(cui)性(xing)，同時鎳和鉻也有一定的(de)作(zuo)用。

　　8. 高(gao)強度(du)鋼(Rp0.2>1240MPa)斷裂

　　高強鋼可(ke)通過以下方法進行生產：淬(cui)火(huo)和(he)回(hui)(hui)火(huo);淬(cui)火(huo)和(he)回(hui)(hui)火(huo)前奧氏體變(bian)(bian)形;退(tui)火(huo)和(he)時效(xiao)生產沉淀硬化鋼。此(ci)外，還可(ke)通過應變(bian)(bian)和(he)再(zai)回(hui)(hui)火(huo)或(huo)回(hui)(hui)火(huo)期應變(bian)(bian)，都(dou)可(ke)進一步提高鋼的強度。

　　9. 不銹(xiu)鋼斷(duan)裂(lie)

　　不銹鋼(gang)主要由鐵-鉻、鐵-鉻-鎳合金(jin)和(he)其(qi)它改善力學性能與抗蝕能力的元素(su)組成(cheng)。不銹鋼(gang)防蝕是因(yin)為在金(jin)屬表面生成(cheng)了可(ke)防止(zhi)進一步氧化的鉻氧化物—不可(ke)滲透層。

　　因(yin)此，不銹鋼在氧化氣(qi)(qi)氛(fen)中能(neng)防止(zhi)腐蝕并使鉻氧化物(wu)層得到強化。但在還原氣(qi)(qi)氛(fen)中，鉻氧化層受到損害。抗蝕性隨著鉻、鎳(nie)含量增加而增加。鎳(nie)可全面提升鐵的鈍化性。

　　增加碳是為了改善力(li)學性能(neng)和保證奧(ao)氏體不(bu)銹鋼性能(neng)的穩(wen)定。一般說(shuo)來，不(bu)銹鋼利用顯(xian)微組織進行分類。

　　◆ 馬氏體不銹鋼(gang)。屬于(yu)鐵-鉻(ge)合金，可進行(xing)奧氏體化和(he)后序熱處理生(sheng)成馬氏體。通常含(han)鉻(ge)12%，含(han)碳0.15%。

　　◆ 鐵素(su)體(ti)不銹鋼。含鉻(ge)約(yue)14%～18%，碳0.12%。因(yin)為鉻(ge)是(shi)鐵素(su)體(ti)的(de)穩定劑(ji)，奧氏體(ti)相被超過13%的(de)鉻(ge)徹底(di)抑制，因(yin)而是(shi)完(wan)全的(de)鐵素(su)體(ti)相。

　　◆ 奧氏(shi)體(ti)不銹鋼。鎳是奧氏(shi)體(ti)的強(qiang)穩(wen)(wen)定(ding)劑，因此，在室溫、低于室溫或(huo)高溫狀態下(xia)，鎳含量(liang)為(wei)8%，鉻含量(liang)為(wei)18%(300型)能使奧氏(shi)體(ti)相(xiang)非常穩(wen)(wen)定(ding)。奧氏(shi)體(ti)不銹鋼類似于鐵素(su)體(ti)型，不能通過馬氏(shi)體(ti)轉變而硬化。

　　鐵(tie)素(su)體(ti)和馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼(gang)特征，如晶粒(li)尺寸等(deng)與同級別的(de)其它鐵(tie)素(su)體(ti)鋼(gang)和馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)鋼(gang)相似。

　　奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)系FCC結構，在(zai)冷凍溫(wen)度(du)(du)下都不可(ke)(ke)能解理斷裂(lie)。大型件冷軋(ya)80%后，310型不銹(xiu)鋼(gang)有極高(gao)的(de)(de)屈服強度(du)(du)和缺口(kou)敏(min)感性(xing)(xing)，甚(shen)至(zhi)在(zai)溫(wen)度(du)(du)低至(zhi)-253℃還具有1.0的(de)(de)缺口(kou)敏(min)感性(xing)(xing)比。因此(ci)，可(ke)(ke)用于(yu)導(dao)彈系統的(de)(de)液氫貯存(cun)(cun)箱(xiang)(xiang)。相似(si)的(de)(de)301型不銹(xiu)鋼(gang)可(ke)(ke)用于(yu)溫(wen)度(du)(du)低至(zhi)183℃的(de)(de)液氧貯存(cun)(cun)箱(xiang)(xiang)。但在(zai)這(zhe)些溫(wen)度(du)(du)以(yi)下是不穩定的(de)(de)，如發(fa)生任何塑性(xing)(xing)變(bian)形，不穩定的(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)都會(hui)變(bian)成脆(cui)性(xing)(xing)的(de)(de)非(fei)回火馬氏(shi)體(ti)。絕大多數奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)鋼(gang)用于(yu)防腐(fu)環境，被(bei)加熱至(zhi)500～900℃溫(wen)度(du)(du)范圍(wei)，鉻(ge)(ge)碳化物會(hui)沉(chen)淀在(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)晶界，結果使晶界附近范圍(wei)內的(de)(de)鉻(ge)(ge)層(ceng)被(bei)完(wan)全耗(hao)盡。該(gai)部位非(fei)常容易受到(dao)腐(fu)蝕和局部腐(fu)蝕，如果存(cun)(cun)在(zai)應(ying)力，還可(ke)(ke)導(dao)致晶脆(cui)性(xing)(xing)斷裂(lie)。

　　為了(le)減輕上(shang)述危害，可加入(ru)少量性能強于鉻碳化物(wu)(wu)的(de)(de)元素，例如鈦(tai)或鈮，與碳形成合金碳化物(wu)(wu)，防止鉻被耗盡和隨之(zhi)而(er)致的(de)(de)應力腐蝕裂紋(wen)。常稱這種處(chu)理(li)為“穩定化處(chu)理(li)”。

　　奧氏體不(bu)銹鋼也常用于高(gao)(gao)溫(wen)(wen)，如壓力容(rong)器，防止和(he)滿足(zu)抗腐蝕和(he)抗蠕(ru)變。某些鋼種因為(wei)在焊后熱(re)處(chu)理和(he)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)環(huan)境下對熱(re)影響區及其附近的裂紋(wen)十分敏感。所以，當(dang)焊接再加熱(re)時，受高(gao)(gao)溫(wen)(wen)作用，鈮或鈦碳化(hua)物會(hui)在晶(jing)(jing)粒(li)內和(he)晶(jing)(jing)界(jie)沉淀，導(dao)致裂紋(wen)產生而影響使(shi)用壽(shou)命，這必須給(gei)予高(gao)(gao)度(du)重(zhong)視