熱脆性

鋼在高温某一温度範圍內長時間加熱之後，其衝擊韌性下降的特性稱為“鋼的熱脆性”。儘管對產生熱脆性機理的説法尚不統一，但是一些試驗資料足以説明，鋼的熱脆性是鋼組織不穩定的結果。鋼熱脆性的温度範圍、產生熱脆性的速度和衝擊韌性降低的多少，取決於鋼的化學成分和熱處理工藝。

熱脆性發展速度與引起熱脆性的具體因素有關。如果某種鋼的熱脆性是依組織變化為先決條件，而這種組織變化，是由於加入了在固溶體中擴散速度相當大的元素（C、N）而引起的時候，那麼熱脆性的發展速度將較快，而且在較短時間之內，即可使衝擊值降低到足夠低的程度。如果是由於某種相（如σ相），或由於固溶體點陣結點上金屬原子的替換，而引起熱脆性，那麼，熱脆性發展速度將較慢，而且衝擊值下降速度也慢。在脆性發展的温度範圍內，温度越高，時間越長，鋼的脆性指標（衝擊值），在某一極限前的發展也越顯著。 ^[1] 

1、對於珠光體鋼，當由於熱脆性的產生而使衝擊值降低時，其塑性和強度不發生變化。只是在個別情況下伸長率和斷面收縮率同時減低。對於奧氏體鋼，當由於熱脆性的產生而使衝擊值降低時，往往塑性也同時下降。電站用鋼處於高温、應力狀態下工作，固溶體中碳化物、氮化物及金屬間化合物，在熱脆性敏感的鋼中加速析出，從而加速熱脆性發展。所以，有些鋼經過時效處理後仍保持相當高的衝擊值，而運行後出現熱脆性的時間卻大大提前，這就是因為應力和塑性變形加速熱脆性發展的緣故。

珠光體鋼產生熱脆性的温度範圍是400~500℃，碳素鋼只有存在塑性應變的前提下才出現熱脆性，Mn和Cr促使熱脆性發展；Cu≤0.5%沒有顯著影響，Cu>0.5%加速熱脆性發展；W、V等屬於減緩熱脆性發展的元素。退火鋼熱脆性發展速度快；淬火併高温回火鋼熱脆性發展速度慢。

2、奧氏體鋼的熱脆性：18—8不鏽鋼在500~850℃區間保温後，再在常温下試驗，可發現其脆性的發展。隨着鋼中含碳量增高，脆性也加大。當回火温度為900℃左右時，脆性就更加嚴重。延長回火保温時間，將有Cr的碳化物沿晶界析出，同樣會引起脆化。在已脆化鋼的組織中，已出現網狀分佈的馬氏體組織。這種組織的出現，正是由於Cr碳化物的析出，使固溶狀態的Cr局部貧化，於是便生成馬氏體組織。

在含有Ti和Nb的鋼中，在700℃和900℃回火後，均出現脆性。700℃回火脆性的發展是由於Cr碳化物析出的結果。900℃回火後，有Ti和Nb的碳化物析出，脆性發展較慢。含3%Mo以下的鋼，在800~900℃回火後，將促使脆性發展。

某些鋼材長時間停留在400~550℃區間，在冷卻到室温後其衝擊值會出現顯著下降，這種現象稱為鋼的熱脆性。幾乎所有鋼材都有產生熱脆性的傾向。需要注意的是，具有熱脆性的鋼材在高温下並不呈現脆化，仍具有較高的衝擊韌度，只有當冷卻到室温時，才顯示出脆化現象。鋼材的熱脆性只有通過沖擊試驗才會明顯地顯示出來，一般比正常衝擊韌度下降50%~60%，甚至下降80%~90%。具有熱脆性的鋼材，金相組織沒有明顯的變化。影響鋼材熱脆性的因素主要有：

1、化學成分

純鐵本身不呈現熱脆性，加入元素C後，若在高温時承受塑性變形，鋼材將具有熱脆性；若在高温時不承受塑性變形，鋼材熱脆性不明顯。元素Cr及Mn最易促使熱脆性的形成，如低合金鉻鎳鋼（Cr質量含量為0.5%~1.0%及鎳質量含量為1.0%~4.0%）、錳鋼（Mn質量含量為1.0%~2。0%）的熱脆性很明顯；少量Cu元素的熱脆性不明顯，但當Cu質量含量超過0.4%時具有明顯的熱脆性；P使熱脆性傾向增大；W及V元素可減弱熱脆性。

2、保温時間

保温時間是構成熱脆性的一個重要因素。不同鋼材產生熱脆性的保温時間不同。低合金鉻鎳鋼、錳鋼及鉻錳鋼等鋼材在保温100~200h後，常温衝擊韌度明顯地下降。若在這些鋼材中加入Mo元素，出現明顯熱脆性所需的保温時間可推遲至800~1000h。 ^[2]