При какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность

Вопрос «при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность» имеет решающее значение для промышленного применения. Его прочность и устойчивость при различных температурах напрямую связаны с безопасностью и надежностью проекта.

В этой статье мы подробно рассмотрим, при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность, а также проанализируем особенности работы конструкционной стали в условиях высоких и низких температур и механизм, лежащий в их основе.

1.Основные свойства и классификация конструкционной стали

Конструкционная сталь — это вид стали, специально используемый для производства всех видов инженерных конструкций и механических компонентов, и ее характеристики включают высокую прочность, хорошую пластичность и вязкость, а также отличные показатели обработки. В соответствии с различным химическим составом и свойствами, конструкционная сталь может быть разделена на две категории: углеродистая конструкционная сталь и низколегированная высокопрочная сталь:

(1) Углеродистая конструкционная сталь:

Основные компоненты включают железо и углерод, а содержание углерода обычно составляет от 0,05% до 0,70%. В зависимости от содержания углерода, углеродистая конструкционная сталь может быть разделена на низкоуглеродистую (содержание углерода менее 0,25%), среднеуглеродистую (содержание углерода от 0,25% до 0,6%) и высокоуглеродистую (содержание углерода более 0,6%).

(2) Низколегированная высокопрочная сталь:

В углеродистую конструкционную сталь на основе добавляют один или несколько легирующих элементов, таких как марганец, кремний, хром, никель и т.д., с целью повышения ее прочности, вязкости, износостойкости, коррозионной стойкости и других свойств.

2.влияние высокой температуры на прочность конструкционной стали — при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность

Высокая температура окружающей среды, прочность конструкционной стали будет постепенно снижаться, при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность? Какие факторы с этим связаны? Ниже приводится подробный анализ:

(1) Изменения в микроструктуре:

1) Отклик и рекристаллизация:

Когда конструкционная сталь нагревается до определенной температуры, плотность ее внутренних дислокаций уменьшается, зерна начинают расти, этот процесс называется реверсией. Если температура продолжает повышаться, зерна повторно зарождаются и растут, образуя новые зерна без искажений, этот процесс известен как рекристаллизация. Реверсия и рекристаллизация приводят к снижению прочности конструкционной стали.

2) Фазовые превращения:

Температура фазового превращения конструкционной стали обычно составляет около 723°C. При превышении этой температуры организационная структура конструкционной стали меняется с феррита и перлита на аустенит. Прочность аустенита ниже, чем феррита и перлита, поэтому прочность конструкционной стали снижается.

3) Тепловое расширение:

Тепловое расширение происходит в конструкционной стали при повышении температуры, что приводит к увеличению внутренних напряжений, снижающих ее прочность.

4) Окисление и обезуглероживание:

В условиях высокой температуры конструкционная сталь склонна вступать в реакцию с кислородом воздуха, образуя окисленную кожу, что приводит к снижению качества ее поверхности. В то же время углеродный элемент также вступает в реакцию с кислородом с образованием углекислого газа, что приводит к снижению содержания углерода в конструкционной стали и, следовательно, к снижению ее прочности.

(2) Изменения прочности при различных температурах:

(1) при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность: 250-350 ℃ прочность немного снижается

При температуре около 250°C прочность стали на растяжение может немного увеличиться, но пластичность уменьшается, в результате чего сталь становится хрупкой.

Когда температура достигает 250-350 ℃, в стали появляется явление ползучести, то есть, под действием постоянного напряжения, продолжает деформироваться с медленной скоростью.

(2) при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность: 450-650 ℃ прочность значительно снижается

В этом температурном диапазоне прочность стали резко падает, почти все потеряно, структура теряет несущую способность.

Стальная конструкция обычно теряет свою несущую способность при температуре 450-650℃, и подвергается большой деформации, что приводит к изгибу стальных колонн и балок.

(3) при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность: 600 ° C выше резкого снижения прочности

Когда температура достигает 600°C, прочность стали резко падает, а прогиб и деформация элемента становятся очевидными.

Предварительно напряженные пластины стальной проволоки при температуре более 600 ° C более пострадавших, в то время как температура балки и колонны членов стальной арматуры ниже 600 ° C.

(4) при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность: 800 ℃ выше основной потери несущей способности

Когда температура достигает 800°C, сталь в основном теряет свою несущую способность, и стальная конструкция не может продолжать нести нагрузку.

При этой температуре теплопроводность стали, удельная теплоемкость и другие физические свойства также значительно изменяются.

3.влияние низкой температуры на прочность конструкционной стали

Выше мы рассмотрели, при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность, а при какой температуре прочность конструкционной стали увеличивается? В отличие от высокотемпературных сред, при низких температурах прочность конструкционной стали увеличивается, но ее пластичность и вязкость снижаются, что делает ее подверженной хрупкому разрушению. Ниже перечислены основные факторы, влияющие на прочность конструкционной стали при низких температурах:

(1) Изменения в микроструктуре:

1) Рафинирование зерна:

Низкие температуры вызывают измельчение зерна в конструкционной стали, тем самым повышая ее прочность.

2) Мартенситное фазовое превращение:

Когда температура снижается до определенного значения, аустенит в конструкционной стали превращается в мартенсит. Мартенсит прочнее аустенита, поэтому прочность конструкционной стали увеличивается.

3) Термическая усадка:

Термическая усадка происходит в конструкционной стали при снижении температуры, что приводит к увеличению внутренних напряжений, которые снижают ее пластичность и вязкость.

4) Водородное охрупчивание:

При низких температурах конструкционная сталь склонна поглощать водород, что приводит к водородному охрупчиванию внутри нее, которое снижает ее пластичность и вязкость.

(2) Изменение прочности при различных температурах:

1) Стадия нормальной температуры (около 20°C):

В этом температурном интервале прочность конструкционной стали изменяется незначительно, и ее характеристики относительно стабильны.

(2) Стадия низких температур (от -20℃ до -60℃):

В этом температурном интервале прочность конструкционной стали увеличивается, но ее пластичность и вязкость уменьшаются, легко подвергаясь хрупкому разрушению.

3) Стадия сверхнизких температур (ниже -60°C):

Когда температура снижается до -60℃, прочность конструкционной стали еще больше повышается, но ее пластичность и вязкость значительно снижаются, и легко происходит хрупкое разрушение. Поэтому необходимо уделить особое внимание проблеме низкотемпературной хрупкости конструкционной стали при ее использовании в условиях сверхнизких температур.

4.Меры по борьбе с изменением прочности конструкционной стали при различных температурах

(1) Меры противодействия в условиях высоких температур:

1) выбор высокотемпературной стали:

Такие как аустенитная нержавеющая сталь, высокотемпературные сплавы и т.д., эти стали обладают хорошей прочностью и устойчивостью к окислению при высоких температурах.

2) Термообработка:

С помощью соответствующих процессов термообработки, таких как нормализация и отпуск, микроструктура конструкционной стали может быть улучшена для повышения ее высокотемпературных характеристик.

3) Принятие теплоизоляционных мер:

Покрытие поверхности конструкционной стали теплоизолирующим слоем или обертывание теплоизолирующим материалом может эффективно снизить температуру конструкционной стали и уменьшить влияние высокой температуры на ее прочность.

(2) Меры противодействия в условиях низких температур:

1) Выбор низкотемпературной стали:

Такие как низкотемпературная сталь, низкотемпературные стойкие сплавы и т.д., эти стали обладают лучшей пластичностью и вязкостью в низкотемпературной среде.

2) Низкотемпературная обработка:

Благодаря процессу низкотемпературной обработки, например, низкотемпературному отпуску и т.д., микроструктура конструкционной стали может быть улучшена для повышения ее низкотемпературных характеристик.

3) Избегайте концентрации напряжений:

В процессе проектирования и производства следует максимально избегать явлений концентрации напряжений, таких как острые углы и вырезы, в конструкционной стали, чтобы снизить риск низкотемпературного хрупкого разрушения.

5.Заключение

Изменение прочности конструкционной стали при различных температурах — сложный процесс, на который влияет множество факторов. В высокотемпературной среде прочность конструкционной стали будет постепенно снижаться или даже полностью теряться, мы уже обсуждали выше, при какой температуре конструкционная сталь теряет свою прочность; в низкотемпературной среде прочность конструкционной стали будет повышаться, но ее пластичность и вязкость будут снижаться, что приведет к легкому хрупкому разрушению. Поэтому при использовании конструкционной стали необходимо выбрать подходящую сталь в соответствии с конкретной рабочей средой и принять соответствующие меры для обеспечения ее прочности и стабильности.