钢材冲击韧性和应变时效敏感性问题的探讨

［%］ 。目前国内外广泛采用的是夏比冲击 氏冲击试验 ［( 0 1］ 试验 。
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钢材的韧性和应变时效敏感性
韧性与冲击韧性及冲击吸收功 钢材的韧性实际上是指钢材在三维应力作用下
［! 0 1］ 塑性变形的能力和所吸收能量的大小 韧性量度
的指标因着重点的不同， 有夏比 2 形缺口冲击吸收 功 （以下简称冲击功） （单位为 3） 或冲击韧性值 !"# （单位为 3 4 56$ ） 、 夏比 7 型缺口 （亦称冲击韧度） $"#
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关。在温度小于 2..@ 时， 温度愈高， 出现应变时效 的时间就愈短， 甚至在不到 -B 即出现最大的应变时 效量； 当温度大于 2..@ 后， 应变时效将逐渐减弱以
［"， $］ 。 至消失
应变时效敏感性系数， 对于焊接结构和要求冷
［- # *］ 塑性成形的钢材是一项重要的指标 。碳素结构
在 $""" 年 !! 月 !/ 0 $& 日召开的 《水电站压力 钢管设计规范》 送审稿的审查会上， 有关专家建议， 在规范修订稿中， 对钢材的冲击韧性和应变时效敏 感性， 应给出明确的定量指标要求。本文根据已收 集到的资料， 对国内外水电站压力钢管设计规范和 压力容器规范及有关钢材标准关于钢材冲击韧性和 应变时效敏感性的有关规定进行了分析与比较， 对 要否在钢管规范修订稿中提出钢材冲击韧性和应变 时效敏感性的指标进行了讨论， 并提出了相应的建 议， 可供规范组参考。
万方数据
西北水电 ・ ・ 第*期 *..- 年 24 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "
［"2］ 钢》 ， 对钢材的冲击韧性要求是作为钢材出厂必
差甚远， 由于未见具体试验数据， 不知是印刷错性和应 变时效的有关规定
［!］
及文献
［%］
的表述相
试样还是纵向试样。在 ,- .## / .7 中作为协议保 证条件， 对 2 号镇静钢可测定钢板应变时效后的冲 击值， 但却未给出具体的应变时效冲击值的限值要 求； 在 ,- "37" / .7 中则根本未提应变时效的要求。 !&"& ! 我 国 现 行 钢 材 标 准 ,- .## / 00 和 ,- ) 6 "37" / 7% 我国 现 行 钢 材 标 准 ,- .## / 00 《碳 素 结 构 ［"!］ 钢》 和 ,- ) 6 "37" / 7% 《低 合 金 高 强 度 结 构
［$］ 。出现应变时效最明显的时间与温度条件有 加
标之间没有一定的比例关系， 难以直接进行比较和 换算； 一般情况是， 同一钢种横向试样的冲击功指标 低于纵向试样的冲击功指标， 或者说横向试样的冲 击韧性要求比纵向试样的冲击韧性要求更严格一 些。 !8" 应变时效冲击韧性与应变时效敏感性 钢材经冷加工塑性变形或达到规定的塑性应变 后， 在室温或较高温度下经过一段时间， 其强度与硬 度 升 高 而 塑 性 与 韧 性 下 降 的 现 象， 称为应变时 。显而易见， 钢材只有在发生了塑性变形 万方数据 之后才有可能产生时效现象， 或者说钢材的塑性变
钢的 应 变 时 效 敏 感 性 系 数 一 般 要 求 不 大 于
效
［- # "， $］
［- # *， "］ ； 低合金钢的应变时效敏感性系数一般在 6.? ［*， ［-］ 4］ ， 但 《机械工程手册》 （ 工程材料卷） ".? 以下 免费下载
西北水电 ・ ・ 第!期 !##" 年 2. # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # 第 ! 版则指出低合金钢的应变时效敏感性系数一般 与该手册的第 " 版 小于 "#$ ， 是确实如此。
［" # $］ 夏比 ! 型缺口试样 。考虑到冲击试验都是采
形是发生应变时效的前提。钢材的应变时效敏感性 与冲击韧性有密切的关系。发生应变时效的钢材， 冲击韧性明显降低。因此， 通常以钢材应变时效前 后其冲击韧性降低的百分比来衡量钢材对应变时效
［- # "］ 的敏 感 程 度， 称为应变时效敏感性系数 。 &’
西北水电 ・ ・ 第$期 $""! 年 %& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
文章编号： （$""!） !""#—$#!" "$—""%&—"’
收稿日期： $""! . "! . !! 作者简介： 侯建国 （!/&&— ） ， 男， 湖北武汉市人， 武汉大学教授， 土木建筑工程学院副院长， 主要从事工程结构可靠性理论与应用方 面的研究 +
夏比冲击试 样 有 7 型 缺 口 和 2 型 缺 口 之 分。 ［( 0 1］ 。 目前多 数 国 家 均 已 采 用 夏 比 2 型 缺 口 试 样 我国过去的冲击试验均是采用夏比 7 型缺口试样， 从 !/’1 年以来， 我国的钢材标准已开始逐渐过渡到
［- # *， "， $］ 。钢材的含碳 大小及温度条件等因素有关
量愈低， 愈容易发生应变时效。合金元素对钢材的 应变时效也有一定的影响， 加入适量的镍能显著降 低应变时效倾向。沸腾钢的时效现象最严重， 不宜 用作冷塑性成形和焊接施工的重要结构与设备， 如
［*］ 锅炉、 容器、 船舶、 桥梁等 。冷加工塑性变形的应
钢材冲击韧性和应变时效敏感性问题的探讨
侯建国 安旭文 吴春秋 龚治国 国茂华 夏 敏
（武汉大学土木建筑工程学院， 武汉 (%""’$）
关键词： 钢材； 夏比冲击试验； 冲击功； 冲击韧性； 应变时效； 应变时效敏感性系数 摘 要： 对国内外水电站压力钢管设计规范及有关钢材标准和压力容器规范关于钢材的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。鉴于我国现行钢材标准对钢材在不同温度下的冲击功指标均已有明确规定， 因 而建议在钢管规范修订稿中可不必重复列出钢材在不同温度下的冲击功指标的要求， 只需指出钢材的冲击韧性要 求应按我国现行钢材标准的有关规定执行即可； 鉴于多数国家的水电站压力钢管设计规范对钢材的应变时效冲击 韧性均未单独提出此项要求， 且我国除个别钢材标准尚列有应变时效冲击韧性的要求外， 其它钢材标准则均未提 应变时效冲击韧性的要求， 因而建议钢管规范修订稿也暂不提钢材的应变时效冲击韧性指标为宜。如果一定要 提， 则建议用应变时效敏感性系数表达。 中图分类号：)*!($ + ! , $ 文献标识码：-
用的同一标准尺寸， 冲击韧性的量度指标可以不用 缺口处单位横截面上的冲击功以使量测工作简化， 故我国现行钢材标准及国外的钢材标准， 目前大都 是直接采用试件折断时所需的冲击功 !"# （ %） 来衡量
［" # $］ 。 钢材的冲击韧性
我国现行的钢材冲击韧性试验标准有两本， 一 本是 &’ ( ) **+ , -++" 《金 属 夏 比 缺 口 冲 击 试 验 方 ［-.］ ， 该标准等效采用国际标准 /01 -"$： 《钢 法》 -+$2 的夏比冲击试验 （ ! 型缺口） 》 和 /01 $2： 《 钢的 -+34 夏比冲击试验 （5 型缺口） 》 ， 并用来代替 &’ ( ) **+ , 《金属夏比 （5 型缺口） 冲击试验方法》 、 $" &’ *-.4 , 《金属夏比 （! 型缺口） 冲击试验方法》 、 $. &’ "-6+ , 《金属低温夏比冲击试验方法》和 &’ 6336 , $4 $" 《金属高温夏比冲击试验方法》 ； 另一本是 &’ "-4. ［--］ 《钢的时效敏感性试验方法 （夏比冲击法） 》 ， , $" 代替原冶金工业部标准 7’ 2. , 4" 《 钢的应变时效 敏感性试验方法》 。 &’ ( ) **+ , -++" 适用于金属夏 比 ! 型缺口和 5 型缺口试样的冲击试验； &’ "-4. , 如有关标准 $" 规定以 5 型缺口试样作为标准试样， 或双方协议规定， 也可以采用 ! 型缺口冲击试样。 关于冲击试样的取样方向， 有纵向试样和横向 试样 之 分。 我 国 现 行 的 &’ 3.. , $$ 《碳 素 结 构 ［-*］ ［-2］ 《 低合金高强度结构钢》 钢》 和 &’ ( ) -6+- , +" 等钢板标准， 规定冲击试样为纵向试样； 我国的 &’ ［-"］ 《压力容器用钢板》 则规定冲击试样为 446" , -++4 横向试样。国外 （如日本、 英国等国家） 的钢板标准 关于冲击试样的取样方向为纵向试样； 前苏联的钢