Page 138 - 机械工程材料2025年第三期

张泽晨，等： S355NL钢风电法兰锻件低温冲击韧性不良的原因

图 3 合格试样与不合格试样显微组织的 EBSD 分析结果
Fig. 3 EBSD analysis results of microstructure of qualified (a, c) and unqualified (b, d) samples:
(a‒b) inverse pole figures and (c‒d) grain size distrubution
系 ［11］ ，平均晶粒尺寸每增大3 µm，材料的韧脆转变 果存在对应性。2个试样的低温冲击吸收能量相差
［12］
温度便升高20 ℃ ，可见晶粒尺寸的微小差异就会 近20倍，硬度差异却不大，可知S355NL钢的硬度与
对材料的冲击韧性产生巨大影响。不合格试样的平 其低温冲击韧性无直接关系。合格试样和不合格试
均晶粒尺寸比合格试样增大了4.8 µm，因此不合格 样的抗拉强度分别为476，455 MPa，屈服强度分别
试样的韧脆转变温度相较于合格试样会相应升高。 为357，314 MPa，断后伸长率分别为32.5%，34.5%；
1.2 力学性能 二者的拉伸性能均满足EN10025-3：2019标准要求
采用HR-150A型洛氏硬度计进行硬度测试，载 （抗拉强度在 450~600 MPa范围，屈服强度不低于
荷为 1 471 N，保载时间为 5 s，每个试样测 10 个点 285 MPa，断后伸长率不低于21%） ，但是不合格试
取平均值。按照GB/T 229—2020，在合格和不合 样的强度略低于合格试样。
格法兰锻件接近内径的切向方向截取V型缺口标准
冲击试样，尺寸为10 mm×10 mm×55 mm，缺口夹
角为45°， 深度为2 mm。采用乙醇+液氮对冲击试
样和夹具进行冷却，当温度降至−50 ℃后保温至少
5 min，随后立即转移至JB-300B型冲击试验机上进
行夏比冲击试验。按照GB/T 228.1—2021，在合
格和不合格法兰锻件距表面不小于 10 mm位置截
取拉伸试样，试样直径为10 mm，标距为50 mm，在
SHT4605型微机控制电液伺服万能试验机上进行拉 图 4 合格试样与不合格试样的冲击吸收能量和硬度
−1 Fig. 4 Impact absorbed energy and hardness of qualified and
伸试验，拉伸速度为2 mm · min 。
unqualified samples
由图4可见，合格试样的硬度略高于不合格试
样。铁素体为体心立方结构，硬度低而塑性高，渗 1.3 断口形貌
碳体为正交晶系，质硬而脆 ［13］ ，因此铁素体+珠光 由图5可见：不合格试样冲击断口外形平坦，基
体钢的硬度在很大程度上取决于珠光体的含量。不 本全部为结晶状，几乎无剪切唇和纤维区，呈典型的
合适试样的珠光体含量略低于合格试样，与硬度结 脆性断裂特征；合格试样冲击断口存在明显的剪切

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