标题不同温度下钢锭性能差异

一、正温范围下钢材性能变化

• 200℃以上：随着温度升高，钢材的抗拉强度、屈服点和弹性模量总体趋势是强度降低、塑性增大。例如普通钢材在此温度区间，随着温度上升，其抵抗拉伸的能力、开始屈服的应力点以及弹性变形能力的相关指标都会发生变化，强度逐渐下降而塑性增加。
• 250℃左右：钢材的抗拉强度略有提高，但塑性却降低，钢材呈现脆性。如果在此区域对钢材再加热，钢材可能产生裂缝。这是钢材在这个特殊温度点的性能表现，与钢材内部晶体结构和原子间作用力等因素有关。
• 250 - 350℃：钢材将产生徐变现象，钢材的性能受到不同程度的损伤。徐变是在一定温度和应力下随时间发展的一种变形现象，在这个温度区间钢材的性能稳定性被破坏，产生额外的变形等问题。

二、高温下不同钢材的性能表现

• 900℃以下（16Mn钢筋）：有屈服台阶的16Mn钢筋在900℃以下时强度和延伸率变化很小。这表明在这个温度范围之，16Mn钢筋能够保持较好的力学性能，其结构相对稳定，在工程结构中有较好的性能表现。
• 1000℃（16Mn钢筋）：16Mn钢筋温度达到1000℃时，钢材强度下降10%。随着温度进一步升高到1000℃，16Mn钢筋的强度开始明显下降，说明高温对其力学性能影响加剧。
• 600℃以下（冷拔低碳钢丝）：无屈服台阶的冷拔低碳钢丝经过2h升温至600℃以下，强度受到影响不大。冷拔低碳钢丝在600℃以下升温过程中，依然能够维持较好的强度性能，在一些结构中如果温度不超过这个范围，其承载能力等性能不会有大的变化。
• 600℃以上（冷拔低碳钢丝）：温度在600℃以上时冷拔低碳钢丝限强度下降达40%。这表明超过600℃后，冷拔低碳钢丝强度大幅下降，结构安全性可能受到严重影响，在实际工程中如果有这种温度风险需要特别关注。

三、低温下钢材性能变化

• 碳素钢和低合金钢（低于20℃）：随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性降低。当温度低于20℃时，可采用20℃时的许用应力，但需要注意其韧性下降可能带来的脆性风险。例如在寒冷地区的一些钢结构工程中，如果采用碳素钢和低合金钢，低温下虽然强度增加，但韧性降低可能导致结构在受到冲击时更容易发生破坏。
• 韧脆性转变温度（特定界限温度）：当温度低于某一界限（韧脆性转变温度）时，钢（如碳素钢和低合金钢）的冲击吸收功大幅度地下降。这一转变温度是衡量钢材低温性能的一个关键指标，不同钢材的韧脆性转变温度有所差异，在低于此温度时钢材的脆性明显增加，对结构安全有重要影响2。
• 面心立方晶格材料（如铜、铝和奥氏体不锈钢）：这些材料在低温下冲击吸收功随温度的变化很小，在很低的温度下仍具有高的韧性。与碳素钢和低合金钢不同，面心立方晶格材料受低温影响较小，在低温环境下如果对韧性要求较高，可以考虑选用这类材料。

四、高温长期静载下钢材性能

• 蠕变现象（碳素钢>420度、合金钢>400 - 500度）：在高温和恒定载荷的作用下，碳素钢（温度>420度）、合金钢（温度>400 - 500度）会产生蠕变现象，即金属材料会产生随时间而发展的塑性变形。例如在一些高温高压的容器设备中，如果钢材处于这样的温度范围且承受长期静载，就可能发生蠕变，影响设备的安全性和使用寿命。
• 蠕变曲线三阶段
  • ab阶段（减速蠕变）：即蠕变的第一阶段，是蠕变的不稳定阶段，蠕变速率随时间的增长而逐渐降低，也称为蠕变的减速阶段。
  • cd阶段（加速蠕变）：在这阶段里蠕变速度不断增加，直至断裂。
  • 中间阶段（恒速蠕变）：对于同一材料，改变温度或改变应力，蠕变曲线都会不同。当应力较小或温度很低时，第二阶段（恒速蠕变）的持续时间长，甚至无第三阶段；相反，当应力较大或温度较高时，第二阶段持续时间短，甚至完全消失。
• 蠕变限与持久强度
  • 蠕变限：是高温长期载荷作用下，材料对变形的抗力。其表示法有两种，一是在给定温度下，使试样产生规定的第二阶段蠕变速率的应力值；二是在给定温度和规定时间内，使试样产生一定量的蠕变总伸长率的应力值（常用）。在高温运行中要严格控制变形的零件（如涡轮叶片）设计时需要考虑蠕变限。
  • 持久强度：在给定的温度下，经过一定时间后发生断裂时构件所能承受的大应力。在高温压力容器设计中，不仅要防止过大的变形，而且要确保在规定条件下不会蠕变断裂，往往同时用蠕变限和持久强度来确定许用应力（确定持久强度的时间为105h）。

五、不同热处理工艺对钢锭力学性能的影响（以022Cr25Ni7Mo4WCuN不锈钢钢锭为例）

• 固溶处理：将022Cr25Ni7Mo4WCuN不锈钢加热至一定温度，然后冷却至室温。这种处理方式可以消除钢中的铁素体相，提高不锈钢的抗拉强度和硬度等力学性能。如果需要提高该不锈钢的强度和硬度，可采用固溶处理工艺。
• 时效处理：将固溶处理后的022Cr25Ni7Mo4WCuN不锈钢在一定的温度下持续加热一段时间，然后迅速冷却。这种处理方式可以使钢中的金属元素均匀分布，并形成合适的强化相，提高不锈钢的韧性和延展性等力学性能。当对不锈钢的韧性和延展性有要求时，时效处理是较好的选择。
• 淬火处理：将022Cr25Ni7Mo4WCuN不锈钢加热至一定温度，然后迅速冷却至室温。这种处理方式可以使钢中的晶粒细化，提高不锈钢的硬度和耐磨性等力学性能，但会降低不锈钢的韧性。如果侧重于提高硬度和耐磨性而对韧性要求不高时，可以考虑淬火处理。

六、3J61恒弹性精密合金国标钢锭在不同温度下的力学性能

• 室温（20°C）：3J61合金在室温下表现出较好的力学性能，其弹性限为1600MPa，抗拉强度为1200MPa，屈服强度为1000MPa，并且具有足够的延展性，能够在各种复杂的应力环境下保持稳定的性能。这使得它在航空航天、仪器仪表、精密机械和电子工业等域能够满足常温下的使用要求。
• 高温（500°C和700°C）：在高温环境中（如500°C和700°C）该合金仍能保持其优异的性能，具体表现为其力学性能在高温下依然能维持在较好的水平，满足在高温环境下航空航天和高精度仪器等域的使用要求。