由于雙相不銹鋼材料經(jīng)常用于低溫環(huán)境，容易發(fā)生脆性斷裂，然而材料的脆性斷裂是一種突然的快速斷裂，會造成嚴重的事故，因此必須防止它的發(fā)生。沖擊實驗是綜合應(yīng)用較高地沖擊速度和試樣缺口的應(yīng)力集中，來測定金屬從變形到斷裂所消耗的沖擊能量的大小，即韌性的高低。為了測定低溫工作條件下熱軋雙相鋼的沖擊韌性，浙江至德鋼業(yè)有限公司對熱軋雙相不銹鋼進行了低溫環(huán)境下的沖擊實驗。

一、金屬材料的沖擊韌性

   韌性是指材料在塑性變形和斷裂全過程中吸收能量的能力，它是強度和塑性的綜合表現(xiàn)。工業(yè)上通常采用沖擊韌性作為材料的韌性指標(biāo)。沖擊韌性雖然沒有明確的物理意義，但是它在檢驗材料脆化趨勢、檢驗工藝質(zhì)量、材料的內(nèi)部缺陷等方面具有重要的意義。

   金屬材料的組織結(jié)構(gòu)、內(nèi)部缺陷、晶粒大小以及第二相的存在狀況等等對沖擊韌性的影響十分顯著。材料內(nèi)部存在偏析、氣泡、白點、過燒、魏氏組織、第二相的不均勻分布以及帶狀組織者將使沖擊韌性降低；并且細小而均勻的晶粒將提高沖擊韌性，反之韌性就低；各種內(nèi)應(yīng)力的存在也將降低沖擊韌性。沖擊韌性基本上是關(guān)于強度與塑性的函數(shù)，若材料的強度和塑性都高，則該材料的沖擊韌性也高，反之就低。

   1. 沖擊載荷的力學(xué)特征和能量性質(zhì)

   沖擊載荷是指作用力在極短的時間內(nèi)有著很大變化幅度的載荷。由于載荷變化率很大，構(gòu)成了沖擊載荷的力學(xué)特點，出現(xiàn)了應(yīng)力波的傳播。這是因為物體在急劇變化的載荷作用之下，它的應(yīng)變不再是整體上的均勻應(yīng)變。

   沖擊載荷的另一個特征就是它可以表現(xiàn)為能量載荷的性質(zhì)，它首先表現(xiàn)在沖擊應(yīng)力的大小與零件形狀和尺寸有關(guān)。在沖擊載荷作用下，沖擊應(yīng)力大小不僅與斷面積大小有關(guān)，還與零件的形狀、體積有關(guān)。如果零件在實驗過程中無斷面變化，則沖擊功被零件均勻吸收，從而在整個零件的內(nèi)部，應(yīng)力和應(yīng)變也是均勻分布的。這種情況下，零件體積越大，單位體積吸收的能量越小，零件內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變也就越小。但是如果零件斷面尺寸變化，則沖擊功在零件內(nèi)部的分布是不均勻的，小斷面處單位體積內(nèi)吸收的沖擊功較多，從而使得該處的應(yīng)力和應(yīng)變值增大。

   2. 缺口沖擊韌性實驗

   最初一次擺錘沖擊韌性實驗所采用的試樣并不開缺口，結(jié)果使得一些韌度高的試樣常常不沖斷，為此在后來的一些試樣上開一些缺口，這樣沖擊能量和塑性變形就會在缺口附近不大的體積內(nèi)集中，增大材料脆化的趨勢。由于在試樣安置上進行彎曲實驗比拉伸實驗方便得多，使得目前生產(chǎn)上廣泛地采用了一次擺錘沖擊彎曲實驗。

   沖擊實驗是將一定總量的擺錘舉高至一定高度，使其獲得一定的重力勢能，然后將擺錘釋放，在擺錘落至最低位置將試樣沖斷。在此過程中，擺錘在沖斷試樣時所做的功稱為沖擊功，以At表示。

  沖擊實驗有兩種加載方式：橫梁式和懸梁式。目前普遍采用橫梁式，橫梁式?jīng)_擊試樣以夏式Ｖ型缺口、鎖孔型缺口和梅氏Ｕ型缺口三種應(yīng)用最為廣泛。

 3. 沖擊韌性的意義

   由于試樣斷裂所消耗的能量并不是沿缺口最小界面均勻地消耗，而是被缺口截面附近體積所吸收，并且在此體積內(nèi)，各個質(zhì)點所吸收的能量也是不一樣的，因此“沖擊韌性”不能代表材料抵抗沖擊載荷的能力，而是代表在指定溫度下，材料在缺口和沖擊載荷速度共同作用下的脆化趨勢及其程度，或者說對缺口的敏感度。實際上，材料的脆化趨勢主要是由缺口引起的，沖擊只是在由缺口的場合上，起了一些作用而己（這主要是由于沖擊載荷下可使缺口周圍區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，從而使應(yīng)力集中松弛的時間較短，因此產(chǎn)生脆性斷裂的傾向增大）。因此，由缺口沖擊彎曲實驗所得的實驗值應(yīng)稱為沖擊值更為確切，它主要反映了材料的缺口敏感性。

   沖擊值是由彈性功、塑性功和撕裂功三部分組成，對于不同的金屬材料，其沖擊值可能相同，但是它們的彈性功、塑性功和撕裂功卻可能相差很大。若彈性功所占比例很大，塑性功小，撕裂功幾乎為零，則表明材料斷裂前塑性變形很小，裂紋一旦形成就立即擴展直至斷裂，斷口必然呈放射狀甚至呈結(jié)晶狀脆性斷口。反之，如果塑性功所占比例大，裂紋擴展的撕裂功也大，則斷口將呈纖維狀為主的韌性斷口。由此可見，沖擊值的大小不能直接反映材料韌性或脆性的性質(zhì)，實際上只有其中的塑性功，特別是撕裂功的大小才能真正地顯示材料韌性的性質(zhì)。綜上所述，沖擊功代表了指定溫度下，材料在缺口和沖擊載荷共同作用下的脆化趨勢及其程度的度量。

二、沖擊實驗方案的確定

 為了確定不同工藝參數(shù)對熱軋雙相不銹鋼沖擊性能的影響，浙江至德鋼業(yè)有限公司對各組不同工藝所對應(yīng)的鋼板進行了采樣，按照國家標(biāo)準加工成標(biāo)準的沖擊試樣進行了沖擊實驗，具體實驗方案如下：

 本實驗采用夏比沖擊試樣進行實驗，試樣選自板材中心部位，分別取橫向和縱向沖擊試樣，按API標(biāo)準采用厚度試樣，試樣尺寸為5mm×10mm×55ｍｍ，加工試樣時保留了原板的一面（僅為磨光），450Ｖ型缺口深2ｍｍ，實驗溫度為-20℃。