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摘 要：高强度螺栓低温脆性断裂属于破坏力极大的断裂形式，且危险系数极高，主要包括过载断裂、非过载断裂以及疲劳断裂等，使用环境、加载速率以及材质缺陷等均是造成脆性断裂的重要因素。文章简要分析脆性断裂的分类，探究高强度螺栓脆性断裂的技术要素，分析材料与韧性的关系，并进行螺栓试样冲击试验，以供相关人士参考。
关键词：高强度螺栓；脆性断裂；冲击韧性
随着科学技术的进步，对钢材脆性研究逐渐增多，并取得一定成就，在民用、工业施工中得到广泛应用。然而，低温、高压等环境是影响高强度螺栓的重要因素，易导致高强度螺栓发生脆性断裂，造成巨大损失。
一、高强度螺栓脆性断裂的分类
高强度螺栓脆性断裂主要分为以下几种类型：
第一，过载断裂：导致过载断裂的原因主要在于过载，致使螺栓强度不够。2100m/s是其断裂发生时的基本速率，易造成严重影响，该种断裂形式主要出现于10.9级和12.9级钢结构高强度螺栓产品中。
第二，非过载断裂：受到材料以及低温的影响，引起的断裂现象，主要出现于屈强性高、塑性好的高强度螺栓。
第三，应力腐蚀断裂：受到腐蚀性环境的影响，致使其所承受的静力或准静力荷载低于屈服极限应力，导致其发生断裂。
二、高强度螺栓脆性断裂的技术要素
高强度螺栓脆性断裂的技术要素主要分为当前质量、潜在质量以及最终质量。
首先，当前质量：当前质量主要涉及的内容包括变形抗力、开裂程度以及钢材质量等。
其次，潜在质量：潜在质量必须以当前质量为依据，科学、合理配置合金元素，有效开发镦锻前后热处理工序的相关工作，达到提升钢材性能的目的。
最后，最终质量：指高强度螺栓以及螺栓制品最终需达到的质量标准，提高抗拉强度，避免出现拉长、拉断以及滑扣等问题的发生。
三、材料与韧性的关系
镦锻成型是螺栓较常应用的工艺，包括温锻、冷镦以及车削加工等环节，具有涉及面广、批量大等特点。冲击韧度主要用于表示材料韧性大小，化学成分和纤维组织以及材料冶金质量其决定因素，易受环境温度和缺口状况影响。
（一）材料与冲击韧度
碳元素是影响冲击韧度的关键因素，如果强度水平一致，低碳合金钢的断裂韧性明显高于中碳合金钢。例如，20MnTiB与40CrNiMo，将两者均处理成10.9级螺栓，其在强度相近的情况下，20MnTiB的断裂韧性为113MN/m2/3，40CrNiMo的断裂韧性为78MN/m2/3，而对于冲击功而言，40CrNiMo比20MnTiB高20至45J左右。
Ni属于有效性最高的韧化元素，可达到改变断裂韧性的目的，且可降低钢的韧脆转变温度，在低温用钢中具有重要地位，并得到广泛应用。而冲击韧性受Cr的影响不大，Al属于脱氧剂范畴，适当加入Al，可达到细化晶粒的目的，致使冲击韧度得以提高。
（二）组织与冲击韧度
马氏体组织形态对冲击韧度影响最大，错位板条状马氏体和孪晶片状马氏体是马氏体的两种模式。针对孪晶马氏体而言，可使滑移系缩减为原来的1/4，从而衍生出微裂纹，使得错位板条状马氏体的锻炼韧性高于孪晶片状马氏体。但孪晶马氏体可采用合金化和热处理等方式，达到提高韧性的目的。、
（三）热处理与冲击韧度
屈服极限和抗拉强度受淬火温度的影响并不明显，是高强度螺栓使用较少的工艺。
回火温度对冲击韧度影响较明显，回火温度与冲击韧度呈正比例关系，冲击韧度岁回火温度的升高而增加，但其强度会随之降低。需注意的是，尽量必考温度处于250至400℃的回火，在低合金钢处于450至600℃回火时，采用快冷方式，以达到降低第二类回火脆性影响的目的。
（四）断裂韧性与冲击韧度
断裂韧性与冲击韧度均属于韧性指标，两者具有一定联系，同时存在差异。一方面，诸多材料中在提升断裂韧性的基础上，可达到提高冲击韧度的效果。另一方面，断裂韧性与冲击韧度分别属于裂纹和缺口，且存在不同的应力集中。
四、螺栓试样冲击试验
塑性指标和转变温度的方法是传统的防止螺栓发生脆性破坏方法，属于经验型方式，难以达到高效解决转变温度转移的问题。
（一）试验依据
在预设的低温条件下，为达到检验紧固件材料的韧性，一般采用《标准冲击试验》。将选取的V型缺口试样的冲击功设置为AKV，选取的U型缺口试样冲击功设置为AKU，摆锤刀刃的半径用小标数字2表示，即AKV2，AKU2，焦耳是其单位。因此，AK则是材料韧性的判断依据。
（二）适用范围
对于该试验的适用范围主要包括以下几种高强度螺栓：首先，规格d≥16mm的8.8级及其以上的螺栓。其次，包括头部在内的螺栓、螺钉总长为55mm及其以上。最后，螺柱长为55mm及其以上。
（三）技术指标
第一，必须保证加工试样处于-20℃环境条件下，摆锤刀刃半径最佳值为2mm。第二，在-22℃至-20℃条件下，高强度螺栓处于8.8级至10.9级之间，其冲击功应在27J之上。如果高强度螺栓为12.9级左右，其冲击功在20J之上。
五、结语
总而言之，为降低高强度螺栓脆性断裂的发生概率，必须在充分考虑引发脆性断裂的各种因素的基础上，优化高强度螺栓设计，强化检查效率，做到防患于未然，避免因发生脆性断裂造成严重的经济损失。
参考文献
[1] 张先鸣.高强度螺栓低温脆性断裂与冲击韧性[A].全国金属制品信息网第23届年会暨2013金属制品行业技术信息交流会论文集[C].2013.
[2] 王元清，林云，张延年，施刚，石永久.高强度结构钢材Q460-C低温冲击韧性试验研究[J].工业建筑，2012（01）：8-12.
[3] 燕友增.高强度螺栓的应用研究[D].山东科技大学硕士论文，2011.
关键词：高强度螺栓；脆性断裂；冲击韧性
随着科学技术的进步，对钢材脆性研究逐渐增多，并取得一定成就，在民用、工业施工中得到广泛应用。然而，低温、高压等环境是影响高强度螺栓的重要因素，易导致高强度螺栓发生脆性断裂，造成巨大损失。
一、高强度螺栓脆性断裂的分类
高强度螺栓脆性断裂主要分为以下几种类型：
第一，过载断裂：导致过载断裂的原因主要在于过载，致使螺栓强度不够。2100m/s是其断裂发生时的基本速率，易造成严重影响，该种断裂形式主要出现于10.9级和12.9级钢结构高强度螺栓产品中。
第二，非过载断裂：受到材料以及低温的影响，引起的断裂现象，主要出现于屈强性高、塑性好的高强度螺栓。
第三，应力腐蚀断裂：受到腐蚀性环境的影响，致使其所承受的静力或准静力荷载低于屈服极限应力，导致其发生断裂。
二、高强度螺栓脆性断裂的技术要素
高强度螺栓脆性断裂的技术要素主要分为当前质量、潜在质量以及最终质量。
首先，当前质量：当前质量主要涉及的内容包括变形抗力、开裂程度以及钢材质量等。
其次，潜在质量：潜在质量必须以当前质量为依据，科学、合理配置合金元素，有效开发镦锻前后热处理工序的相关工作，达到提升钢材性能的目的。
最后，最终质量：指高强度螺栓以及螺栓制品最终需达到的质量标准，提高抗拉强度，避免出现拉长、拉断以及滑扣等问题的发生。
三、材料与韧性的关系
镦锻成型是螺栓较常应用的工艺，包括温锻、冷镦以及车削加工等环节，具有涉及面广、批量大等特点。冲击韧度主要用于表示材料韧性大小，化学成分和纤维组织以及材料冶金质量其决定因素，易受环境温度和缺口状况影响。
（一）材料与冲击韧度
碳元素是影响冲击韧度的关键因素，如果强度水平一致，低碳合金钢的断裂韧性明显高于中碳合金钢。例如，20MnTiB与40CrNiMo，将两者均处理成10.9级螺栓，其在强度相近的情况下，20MnTiB的断裂韧性为113MN/m2/3，40CrNiMo的断裂韧性为78MN/m2/3，而对于冲击功而言，40CrNiMo比20MnTiB高20至45J左右。
Ni属于有效性最高的韧化元素，可达到改变断裂韧性的目的，且可降低钢的韧脆转变温度，在低温用钢中具有重要地位，并得到广泛应用。而冲击韧性受Cr的影响不大，Al属于脱氧剂范畴，适当加入Al，可达到细化晶粒的目的，致使冲击韧度得以提高。
（二）组织与冲击韧度
马氏体组织形态对冲击韧度影响最大，错位板条状马氏体和孪晶片状马氏体是马氏体的两种模式。针对孪晶马氏体而言，可使滑移系缩减为原来的1/4，从而衍生出微裂纹，使得错位板条状马氏体的锻炼韧性高于孪晶片状马氏体。但孪晶马氏体可采用合金化和热处理等方式，达到提高韧性的目的。、
（三）热处理与冲击韧度
屈服极限和抗拉强度受淬火温度的影响并不明显，是高强度螺栓使用较少的工艺。
回火温度对冲击韧度影响较明显，回火温度与冲击韧度呈正比例关系，冲击韧度岁回火温度的升高而增加，但其强度会随之降低。需注意的是，尽量必考温度处于250至400℃的回火，在低合金钢处于450至600℃回火时，采用快冷方式，以达到降低第二类回火脆性影响的目的。
（四）断裂韧性与冲击韧度
断裂韧性与冲击韧度均属于韧性指标，两者具有一定联系，同时存在差异。一方面，诸多材料中在提升断裂韧性的基础上，可达到提高冲击韧度的效果。另一方面，断裂韧性与冲击韧度分别属于裂纹和缺口，且存在不同的应力集中。
四、螺栓试样冲击试验
塑性指标和转变温度的方法是传统的防止螺栓发生脆性破坏方法，属于经验型方式，难以达到高效解决转变温度转移的问题。
（一）试验依据
在预设的低温条件下，为达到检验紧固件材料的韧性，一般采用《标准冲击试验》。将选取的V型缺口试样的冲击功设置为AKV，选取的U型缺口试样冲击功设置为AKU，摆锤刀刃的半径用小标数字2表示，即AKV2，AKU2，焦耳是其单位。因此，AK则是材料韧性的判断依据。
（二）适用范围
对于该试验的适用范围主要包括以下几种高强度螺栓：首先，规格d≥16mm的8.8级及其以上的螺栓。其次，包括头部在内的螺栓、螺钉总长为55mm及其以上。最后，螺柱长为55mm及其以上。
（三）技术指标
第一，必须保证加工试样处于-20℃环境条件下，摆锤刀刃半径最佳值为2mm。第二，在-22℃至-20℃条件下，高强度螺栓处于8.8级至10.9级之间，其冲击功应在27J之上。如果高强度螺栓为12.9级左右，其冲击功在20J之上。
五、结语
总而言之，为降低高强度螺栓脆性断裂的发生概率，必须在充分考虑引发脆性断裂的各种因素的基础上，优化高强度螺栓设计，强化检查效率，做到防患于未然，避免因发生脆性断裂造成严重的经济损失。
参考文献
[1] 张先鸣.高强度螺栓低温脆性断裂与冲击韧性[A].全国金属制品信息网第23届年会暨2013金属制品行业技术信息交流会论文集[C].2013.
[2] 王元清，林云，张延年，施刚，石永久.高强度结构钢材Q460-C低温冲击韧性试验研究[J].工业建筑，2012（01）：8-12.
[3] 燕友增.高强度螺栓的应用研究[D].山东科技大学硕士论文，2011.