热脆性

冶金学术语

金属材料在高温短载作用下，金属材料的塑性增加；但在高温长时载荷作用下的金属材料冷却后，其塑性会显著降低，缺口敏感性增加，往往呈现脆性断裂现象。金属材料的这种特性称为热脆性。

简介

钢在高温某一温度范围内长时间加热之后，其冲击韧性下降的特性称为“钢的热脆性”。尽管对产生热脆性机理的说法尚不统一，但是一些试验资料足以说明，钢的热脆性是钢组织不稳定的结果。钢热脆性的温度范围、产生热脆性的速度和冲击韧性降低的多少，取决于钢的化学成分和热处理工艺。

热脆性发展速度与引起热脆性的具体因素有关。如果某种钢的热脆性是依组织变化为先决条件，而这种组织变化，是由于加入了在固溶体中扩散速度相当大的元素（C、N）而引起的时候，那么热脆性的发展速度将较快，而且在较短时间之内，即可使冲击值降低到足够低的程度。如果是由于某种相（如σ相），或由于固溶体点阵结点上金属原子的替换，而引起热脆性，那么，热脆性发展速度将较慢，而且冲击值下降速度也慢。在脆性发展的温度范围内，温度越高，时间越长，钢的脆性指标（冲击值），在某一极限前的发展也越显著。

基本性质

1、对于珠光体钢，当由于热脆性的产生而使冲击值降低时，其塑性和强度不发生变化。只是在个别情况下伸长率和断面收缩率同时减低。对于奥氏体钢，当由于热脆性的产生而使冲击值降低时，往往塑性也同时下降。电站用钢处于高温、应力状态下工作，固溶体中碳化物、氮化物及金属间化合物，在热脆性敏感的钢中加速析出，从而加速热脆性发展。所以，有些钢经过时效处理后仍保持相当高的冲击值，而运行后出现热脆性的时间却大大提前，这就是因为应力和塑性变形加速热脆性发展的缘故。

珠光体钢产生热脆性的温度范围是400~500℃，碳素钢只有存在塑性应变的前提下才出现热脆性，Mn和Cr促使热脆性发展；Cu≤0.5%没有显著影响，Cu>0.5%加速热脆性发展；W、V等属于减缓热脆性发展的元素。退火钢热脆性发展速度快；淬火并高温回火钢热脆性发展速度慢。

2、奥氏体钢的热脆性：18—8不锈钢在500~850℃区间保温后，再在常温下试验，可发现其脆性的发展。随着钢中含碳量增高，脆性也加大。当回火温度为900℃左右时，脆性就更加严重。延长回火保温时间，将有Cr的碳化物沿晶界析出，同样会引起脆化。在已脆化钢的组织中，已出现网状分布的马氏体组织。这种组织的出现，正是由于Cr碳化物的析出，使固溶状态的Cr局部贫化，于是便生成马氏体组织。

在含有Ti和Nb的钢中，在700℃和900℃回火后，均出现脆性。700℃回火脆性的发展是由于Cr碳化物析出的结果。900℃回火后，有Ti和Nb的碳化物析出，脆性发展较慢。含3%Mo以下的钢，在800~900℃回火后，将促使脆性发展。

影响热脆性因素

某些钢材长时间停留在400~550℃区间，在冷却到室温后其冲击值会出现显著下降，这种现象称为钢的热脆性。几乎所有钢材都有产生热脆性的倾向。需要注意的是，具有热脆性的钢材在高温下并不呈现脆化，仍具有较高的冲击韧度，只有当冷却到室温时，才显示出脆化现象。钢材的热脆性只有通过冲击试验才会明显地显示出来，一般比正常冲击韧度下降50%~60%，甚至下降80%~90%。具有热脆性的钢材，金相组织没有明显的变化。影响钢材热脆性的因素主要有：

1、化学成分

纯铁本身不呈现热脆性，加入元素C后，若在高温时承受塑性变形，钢材将具有热脆性；若在高温时不承受塑性变形，钢材热脆性不明显。元素Cr及Mn最易促使热脆性的形成，如低合金铬镍钢（Cr质量含量为0.5%~1.0%及镍质量含量为1.0%~4.0%）、锰钢（Mn质量含量为1.0%~2。0%）的热脆性很明显；少量Cu元素的热脆性不明显，但当Cu质量含量超过0.4%时具有明显的热脆性；P使热脆性倾向增大；W及V元素可减弱热脆性。

2、保温时间

保温时间是构成热脆性的一个重要因素。不同钢材产生热脆性的保温时间不同。低合金铬镍钢、锰钢及铬锰钢等钢材在保温100~200h后，常温冲击韧度明显地下降。若在这些钢材中加入Mo元素，出现明显热脆性所需的保温时间可推迟至800~1000h。

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