Почему сталь ломается?

Существуют тысячи разновидностей стали, используемых в различных отраслях промышленности. Каждая сталь имеет свое торговое название из-за различных свойств, химического состава или типа и содержания сплава. Хотя значения ударной вязкости в значительной степени облегчают выбор каждой стали, эти параметры трудно применить ко всем сталям. Основные причины:

• 1. Потому что для выплавки стали необходимо добавить определенное количество одного или нескольких легирующих элементов, после простой термической обработки можно получить различную микроструктуру, тем самым изменяя первоначальные свойства стали;
• 2. Потому что дефекты, возникающие в процессе выплавки и разливки стали, особенно концентрированные дефекты (такие как поры, включения и т. д.), чрезвычайно чувствительны при прокатке, и происходят различные изменения между разными плавками стали одного и того же химического состава и даже в разных частях одной и той же заготовки, что влияет на качество стали. Поскольку ударная вязкость стали в основном зависит от микроструктуры и дисперсности дефектов (строго предотвращать концентрированные дефекты), а не от химического состава. Поэтому ударная вязкость сильно изменится после термической обработки.

Чтобы глубоко изучить свойства стали и причины разрушения, также необходимо овладеть взаимосвязью между физической металлургией, микроструктурой и ударной вязкостью стали.

Влияние технологии обработки

Из практики известно, что ударные характеристики закаленной водой стали лучше, чем у отожженной или нормализованной стали, потому что быстрое охлаждение предотвращает образование цементита на границах зерен и способствует измельчению зерен феррита.

Многие стали продаются в горячекатаном состоянии, и условия прокатки оказывают большое влияние на ударные характеристики. Более низкая конечная температура прокатки снизит температуру перехода к ударной вязкости, увеличит скорость охлаждения и будет способствовать измельчению зерен феррита, тем самым улучшая ударную вязкость стали. Поскольку скорость охлаждения толстой плиты медленнее, чем тонкой, зерно феррита толще, чем у тонкой плиты. Поэтому при одинаковых условиях термической обработки толстые плиты более хрупкие, чем тонкие. Поэтому после горячей прокатки обычно используется нормализующая обработка для улучшения свойств стальных плит.

Горячая прокатка также может производить анизотропные стали и направленные пластичные стали с различными смешанными структурами, перлитными полосами и границами зерен включений в одном и том же направлении прокатки. Перлитная полоса и вытянутые включения грубо диспергированы в чешуйки, что оказывает большое влияние на ударную вязкость при низких температурах в диапазоне температур перехода по Шарпи.

Влияние содержания углерода в 0,3% ~ 0,8%

Содержание углерода в доэвтектоидной стали составляет 0,3% ~ 0,8%, и проэвтектоидный феррит является непрерывной фазой и сначала образуется на границе зерен аустенита. Перлит образуется в зернах аустенита и составляет 35% ~ *** микроструктуры. Кроме того, в каждом зерне аустенита образуются различные агрегатные структуры, делающие перлит поликристаллическим.

Поскольку прочность перлита выше, чем у доэвтектоидного феррита, течение феррита ограничено, так что предел текучести и скорость деформационного упрочнения стали увеличиваются с увеличением содержания углерода в перлите. Ограничивающий эффект усиливается с увеличением количества упрочненных блоков и измельчением размера зерен доэвтектоидного перлита.

Когда в стали присутствует большое количество перлита, при низких температурах и/или высоких скоростях деформации во время деформации могут образовываться микротрещины. Хотя есть некоторые участки внутренней агрегатной ткани, канал разрушения изначально проходит вдоль плоскости скола. Поэтому в зернах феррита между пластинами феррита и в соседних агрегатных структурах существуют некоторые предпочтительные ориентации.

Разрушение нержавеющей стали

Нержавеющая сталь в основном состоит из железо-хромовых, железо-хром-никелевых сплавов и других элементов, улучшающих механические свойства и коррозионную стойкость. Коррозионная стойкость нержавеющей стали обусловлена образованием оксида хрома на поверхности металла для предотвращения дальнейшего окисления - непроницаемого слоя.

Поэтому нержавеющая сталь в окислительной атмосфере может предотвратить коррозию и укрепить слой оксида хрома. Однако в восстановительной атмосфере слой оксида хрома повреждается. Коррозионная стойкость увеличивается с увеличением содержания хрома и никеля. Никель может улучшить пассивацию железа.

Добавление углерода необходимо для улучшения механических свойств и обеспечения стабильности свойств аустенитной нержавеющей стали. В целом, нержавеющая сталь классифицируется по микроструктурам.

• Мартенситная нержавеющая сталь - это железо-хромовый сплав, который может быть аустенитизирован и подвергнут последующей термической обработке для получения мартенсита. Обычно 12% хрома и 0,15% углерода.
• Ферритная нержавеющая сталь. Содержание хрома около 14% ~ 18%, углерода 0,12%. Поскольку хром является стабилизатором феррита, аустенитная фаза полностью подавляется более чем 13% хрома и, следовательно, является полной ферритной фазой.
• Аустенитная нержавеющая сталь. Никель является сильным стабилизатором аустенита, поэтому при комнатной температуре, ниже комнатной температуры или высокой температуре содержание никеля 8%, содержание хрома 18% (тип 300) может сделать аустенитную фазу очень стабильной. Аустенитные нержавеющие стали похожи на ферритные формы и не могут быть упрочнены мартенситным превращением.

Характеристики ферритных и мартенситных нержавеющих сталей, такие как размер зерен, аналогичны характеристикам других ферритных и мартенситных сталей того же класса.