1.Kaj je temeljni vzrok?
Jeklo ima-kubično kristalno strukturo s središčem telesa. V tej strukturi se sposobnost dislokacij za premikanje med atomi znatno zmanjša, ko se temperatura zniža.
Ko temperatura pade pod določeno kritično vrednost (imenovano temperatura duktilnega-krhkega prehoda), material preide iz duktilnega loma (ki ga spremlja znatna plastična deformacija) v krhkega loma (nenaden lom skoraj brez plastične deformacije).
2. Kakšni so poslabšani učinki postopka hladnega valjanja?
Delovno utrjevanje: Hladno valjanje je postopek plastične deformacije pri sobni temperaturi, ki vodi do popačenja zrn in povečane gostote dislokacij, s čimer se izboljša trdnost in trdota materiala, vendar zmanjšata plastičnost in žilavost. To inherentno stanje nizke plastičnosti se pri nizkih temperaturah še poslabša.
Notranja napetost: Postopek hladnega valjanja pušča znatno notranjo napetost v materialu, kar lahko spodbuja nastanek in širjenje razpok pri nizkih temperaturah.
3. Kateri so ključni dejavniki vpliva?
Kemična sestava:
Vsebnost ogljika: višja vsebnost ogljika na splošno povzroči višjo temperaturo prehoda v duktilno-krhkost in izrazitejšo krhkost pri nizkih-temperaturah.
Elementi nečistoč: elementi nečistoč, kot so fosfor, žveplo in dušik, znatno povečajo nagnjenost jekla k krhkosti pri mrzlem.
Legirni elementi: dodajanje elementov, kot sta nikelj in mangan, lahko izboljša velikost zrn, zniža temperaturo duktilnega-krhkega prehoda in izboljša-nizkotemperaturno žilavost.
Mikrostruktura:
Velikost zrn: drobna zrna lahko izboljšajo žilavost in znižajo temperaturo duktilnega-krhkega prehoda. Rekristalizacijsko žarjenje po hladnem valjanju lahko dodatno izboljša žilavost.
Vrsta mikrostrukture: feritna jekla kažejo izrazitejšo krhkost pri nizkih-temperaturah, medtem ko avstenitna nerjavna jekla (kot je 304) zaradi svoje kubične strukture s središčem-na ploskvi običajno ohranjajo dobro žilavost pri nizkih temperaturah.
Delovna temperatura: nižja kot je temperatura, močnejše je zmanjšanje žilavosti. Različne vrste jekla imajo svoje specifične najnižje delovne temperature.
4. Kateri so protiukrepi v inženirskih aplikacijah?
Izbira materiala: v okoljih z nizko-temperaturo (kot so zunanje strukture v hladnih regijah, kriogene tlačne posode in transportna oprema) je treba izbrati kriogeno jeklo.
Na primer, Q345D/E (ustreza staremu razredu 16MnDR) je nizko-legirano visoko{3}}trdno jeklo. "D" in "E" v oznaki stopnje predstavljata zahteve glede udarne žilavosti pri -20 stopinjah oziroma -40 stopinjah.
Za kriogena okolja (kot je oprema za utekočinjen zemeljski plin) je potrebno avstenitno nerjavno jeklo ali zlitine niklja.
Toplotna obdelava: žarjenje hladno{0}}valjanega jekla lahko odpravi utrjevanje ob delu ter obnovi plastičnost in žilavost.
Načrtovanje in izdelava: Izogibajte se ostrim zarezam in koncentracijam napetosti, strogo nadzirajte varilne postopke (da preprečite krhkost-območij, ki jih prizadene toplota) in izvajajte preskuse udarcev pri nizkih-temperaturah, da zagotovite varnost.
5. Kako trdna je hladno{1}}valjana tuljava v nizko{2}}temperaturnem okolju?
Hladno valjani zvitki imajo zaradi svojih lastnosti obdelave nižjo žilavost kot vroče{1}}valjani ali žarjeni zvitki. To zmanjšanje žilavosti (povečana krhkost) je še bolj izrazito pri nizkih temperaturah. Zato pri uporabi hladno{4}}valjanega jekla v pogojih nizke-temperature izbira materiala ne bi smela temeljiti samo na njegovi učinkovitosti pri sobni-temperaturi. Njegovo duktilno-krhko prehodno temperaturo je treba v celoti upoštevati in izbrati je treba materiale, ki ustrezajo ustreznim nizko{9}}standardom žilavosti. Za izboljšanje učinkovitosti bo morda potrebna toplotna obdelava. Pri praktičnih aplikacijah je treba dosledno upoštevati zahteve za nizko{12}}temperaturno udarno energijo materialov v ustreznih industrijskih standardih in specifikacijah (kot je GB/T 150 "Tlačne posode", EN 10028 itd.).