什麼能引起鋼材冷脆

A. 為什麼鋼材有熱脆和冷脆之分

1. 熱脆性：在鋼材的熱加工過程中，如鍛造和軋制，溫度通常超過1000℃，這會導致晶界上的FeS+Fe共晶熔化，從而在加工時引起鋼的開裂問題。
2. 硫在固態鐵中的溶解度很小，它能與鐵形成低熔點的大森點（1190℃）的FeS。FeS+Fe共晶體的熔點更低（989℃），通常以離異共晶的形式在晶界上分布。
3. 冷脆性：隨著溫度的下降，大多數鋼材的強度會提高，但韌性會降低。金屬材料在低溫下表現出的脆性稱為冷脆性。材料從延性破壞轉變為脆性破壞的溫度上限稱為韌脆轉變溫度。為了避免低溫脆性破壞，鋼材的工作溫度應高於韌脆轉變溫度的上限。
4. 值得一提的是，具有面心立方晶格結構的奧氏體鋼材不會出現低溫脆性，因為當溫度下降時，奧氏體會轉變為鐵素體，並形成鐵素體和滲碳體分層分布的珠光體。相反，體心立方晶格的鐵素體則可能出現低溫脆性。
5. 鋼材中磷含量的增加會顯著提高鋼材的冷脆性。

B. 影響鋼材發生冷脆的化學元素是哪些

1、碳（C）：鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降低,當碳量0.23％超過時,鋼的焊接性能變壞,因此用於焊接的低合金結構鋼,含碳量一般不超過0.20％.碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外,碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性.
2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑,所以鎮靜鋼含有0.15－0.30％的硅.如果鋼中含硅量超過0.50-0.60％,硅就算合金元素.硅能顯著提高鋼的彈性極限,屈服點和抗拉強度,故廣泛用於作彈簧鋼.在調質結構鋼中加入1.0－1.2％的硅,強度可提高15－20％.硅和鉬、鎢、鉻等結合,有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用,可製造耐熱鋼.含硅1－4％的低碳鋼,具有極高的導磁率,用於電器工業做矽鋼片.硅量增加,會降低鋼的焊接性能.
3、錳（Mn）：在煉鋼過程中,錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,一般鋼中含錳0.30－0.50％.在碳素鋼中加入0.70％以上時就算「錳鋼」,較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性,且有較高的強度和硬度,提高鋼的淬性,改善鋼的熱加工性能,如16Mn鋼比A3屈服點高40％.含錳11－14％的鋼有極高的耐磨性,用於挖土機鏟斗,球磨機襯板等.錳量增高,減弱鋼的抗腐蝕能力,降低焊接性能.
4、磷（P）：在一般情況下,磷是鋼中有害元素,增加鋼的冷脆性,使焊接性能變壞,降低塑性,使冷彎性能變壞.因此通常要求鋼中含磷量小於0.045％,優質鋼要求更低些.
5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素.使鋼產生熱脆性,降低鋼的延展性和韌性,在鍛造和軋制時造成裂紋.硫對焊接性能也不利,降低耐腐蝕性.所以通常要求硫含量小於0.055％,優質鋼要求小於0.040％.在鋼中加入0.08-0.20％的硫,可以改善切削加工性,通常稱易切削鋼.
6、鉻（Cr）：在結構鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性,但同時降低塑性和韌性.鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不銹鋼,耐熱鋼的重要合金元素.
7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強度,而又保持良好的塑性和韌性.鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力,在高溫下有防銹和耐熱能力.但由於鎳是較稀缺的資源,故應盡量採用其他合金元素代用鎳鉻鋼.
8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細化,提高淬透性和熱強性能,在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力,發生變形,稱蠕變).結構鋼中加入鉬,能提高機械性能. 還可以抑制合金鋼由於火而引起的脆性.在工具鋼中可提高紅性.
9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強脫氧劑.它能使鋼的內部組織緻密,細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性.改善焊接性能.在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦,可避免晶間腐蝕.
10、釩(V)：釩是鋼的優良脫氧劑.鋼中加0.5％的釩可細化組織晶粒,提高強度和韌性.釩與碳形成的碳化物,在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力.
11、鎢(W)：鎢熔點高,比重大,是貴生的合金元素.鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性.在工具鋼加鎢,可顯著提高紅硬性和熱強性,作切削工具及鍛模具用.
12、鈮(Nb)：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性,提高強度,但塑性和韌性有所下降.在普通低合金鋼中加鈮,可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力.鈮可改善焊接性能.在奧氏體不銹鋼中加鈮,可防止晶間腐蝕現象.
13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬,多用於特殊鋼和合金中,如熱強鋼和磁性材料.
14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼,往往含有銅.銅能提高強度和韌性,特別是大氣腐蝕性能.缺點是在熱加工時容易產生熱脆,銅含量超過0.5％塑性顯著降低.當銅含量小於0.50％對焊接性無影響.
15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑.鋼中加入少量的鋁,可細化晶粒,提高沖擊韌性,如作深沖薄板的08Al鋼.鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能,鋁與鉻、硅合用,可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力.鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能.
16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的緻密性和熱軋性能,提高強度.
17、氮(N):氮能提高鋼的強度,低溫韌性和焊接性,增加時效敏感性.
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素.這些元素都是金屬,但他們的氧化物很象「土」,所以習慣上稱稀土.鋼中加入稀土,可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分布和性質,從而改善了鋼的各種性能,如韌性、焊接性,冷加工性能.在犁鏵鋼中加入稀土,可提高耐磨性.

C. 影響鋼材發生冷脆的化學元素是哪些

影響鋼材發生冷脆的化學元素主要有氮和磷，而使鋼材發生熱脆的化學元素主要是氧和硫。

對於鋼材，脆性越高其硬度越大，抗彎曲強度越高，而對於塑性較強的鋼材來說正好與之相反，塑性強度大的鋼材其硬度低，易彎曲不易折斷，對於這兩種鋼材來說其性能有明顯的差別。

冷脆性只發生在具有體心立方晶格的金屬中。鍋爐與壓力容器中廣泛採用的低碳鋼及低合金鋼都是體心立方晶格型，所以會發生遇冷變脆的現象。而面心立方晶格的金屬，如鋁、銅、鎳都不會產生冷脆現象。

(3)什麼能引起鋼材冷脆擴展閱讀：

加工硬化降低了鋼材的韌性，同時使韌脆轉變溫度增加。這種影響隨鋼材類型不同及加工硬化量的大小而變化。對於沖壓封頭，試驗結果表明，冷壓封頭的韌脆轉變溫度高於熱壓封頭，且沖擊韌度值也有所減小。

對於冷脆性的材料會在溫度變低的情況下脆性急劇增加，因此，選用冷脆性材料時因注意使用的環境以及溫度等的影響因素，盡量避免不必要的意外發生，在選材時要把溫度對鋼材的影響因素考慮在內。