Page 139 - 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 5 合格试样与不合格试样的冲击断口宏观形貌
Fig. 5 Impact fracture macromorphology of qualified (a) and unqualified (b) samples

唇，纤维区面积较大，塑性变形现象明显，呈韧性和 冲击吸收能量的差异与夹杂物等缺陷因素无关。
脆性混合断裂特征。根据GB/T 12778—2008中的 采用IT800-SHL型高分辨场发射扫描电子显微
游标卡尺测定法对纤维断面率进行测定，不合格试 镜附带的电子背散射衍射仪（EBSD） 对断口截面起
样的纤维断面率几乎为0，合格试样的纤维断面率为 裂区微观结构进行观察。由图7可以看出： 不合格试
60%，说明不合格试样的韧性比合格试样低。 样起裂区的主裂纹穿晶扩展，其扩展路径在一定距
使用Zeiss Supra55型扫描电子显微镜（SEM）观 离内近似于直线；合格试样起裂区的裂纹扩展路径
察冲击断口微观形貌。由图6可见： 不合格试样断口 更加曲折，表明其在冲击过程中吸收了更多的能量。
中存在河流状与台阶状花样，裂纹在冲击载荷作用 在合格试样的V形缺口附近观察到单个微孔以及微
下沿着一定的晶面穿过相邻晶粒形成解理断裂形貌； 孔的合并，表明断裂是由微孔长大、聚合导致的；由
解理面之间局部撕裂棱的产生则是由于脆性裂纹未 于缺口附近区域存在非常大的剪切应力，铁素体和
沿确定晶面扩展而造成的 ［14］ 。合格试样的断口呈现 珠光体晶粒都沿着断裂方向呈现拉长的状态 ［15］ ；随
出韧性和脆性混合断裂形貌，缺口附近为微孔聚集 着裂纹的扩展，断口附近晶粒的变形程度降低。不
型韧性断裂，最后断裂处呈现出脆性断裂形貌。2个 合格试样起裂区的晶粒几乎未发生变形，且晶粒尺
试样的裂纹源处均未观察到明显的缺陷，这说明其 寸几乎均在20 µm以上， 远超其平均晶粒尺寸。

图 6 合格试样与不合格试样的冲击断口 SEM 形貌
Fig. 6 Impact fracture SEM morphology of qualified (a) and unqualified (b) samples
在冲击过程中，S355NL钢组织中的位错密度迅 粗大，对裂纹的阻碍和转向作用减弱，从而削弱了其
速增加，高密度位错引起位错堆积和缠结，导致位错 冲击韧性。根据文献［18］ ，核平均取向差较高区域的
滑移受阻。大角度晶界（HAGBs） 可以吸收位错，降 位错密度较大，不合格试样晶内与晶界处珠光体区域
低变形过程中的局部位错密度、位错积累和应力集 的核平均取向差较高，位错密度较大，在断裂过程中
中，从而阻碍裂纹扩展并促进裂纹偏转 ［16］ 。大角度 易成为裂纹形核位置，从而使其冲击韧性恶化。
晶界比例的增加与铁素体晶粒的细化有关 ［17］ ，合格
2 冲击韧性不良原因分析
试样的晶粒更细小，因此大角度晶界更多，对裂纹的
阻力更大，更有利于提高冲击韧性。不合格试样晶粒 由上述检验结果可知，不合格S355NL钢风电

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