钢的强韧化(strengthening-toughening of steel)

在给定外界条件下，通过不同的工艺过程，改变钢的内部构造，使钢的强度和韧性得以提高和改善的方法和效果。这里所说的外界条件包括温度、应力、磁场、电场、辐照和化学介质等；不同的工艺过程包括冶炼、铸造、热形变、冷形变、焊接、激光照射和热处理等。在不同的外界条件下，相同的材料也会有不同的性能。强度，这是一个相当广义的概念，它是指材料在宏观上抵抗形变(弹性形变或塑性形变)的能力。在工程上人们规定了不同的强度指标(单位是MPa)来限定它的具体涵义。诸如室温拉伸(或压缩)条件下的短时屈服强度、长时(譬如1000h等)屈服强度、抗拉强度，由屈服强度或抗拉强度派生出来的比强度(屈服强度对材料密度的比值或抗拉强度对密度的比值)；各种温度(室温以上)及断裂时间下的持久强度，一定温度、一定时间、一定允许形变量下的蠕变强度(或蠕变极限)；各种化学介质环境下的应力腐蚀断裂强度；在低温或高温各种循环应力下的疲劳强度(或疲劳极限)等等。韧性，也是一个相当广义的概念。它是材料断裂能量的判据，是强度和塑性的综合表征。在缺口断裂力学及裂纹断裂力学中，分别有缺口韧性和裂纹韧性之分。缺口韧性指标包括梅氏U形缺口冲击功Ak值(单位是J)，夏氏V形缺口冲击功Cv值(单位是J)。裂纹韧性指标包括适用于高强度和超高强度钢的平面应变断裂韧性KIc(量纲是MN%26bull;m-2)，适用于中高强度钢的、在弹性和弹塑性范围内的裂纹扩展力GIc和JIc(量纲是MN／m)，以及适用于中低强度钢的临界裂纹张开位移COD或%26zeta;c(单位是mm)，等等。一般来说，结构材料的强度和韧性是一对矛盾。通常提高强度，就降低韧性。或者反过来，韧性改善了，强度就下降。合理的办法是，在满足给定要求强度的前提下，设法提高钢的韧性，以保证材料的可靠使用。或者反过来，在保证给定要求韧性的前提下，设法提高强度。统一协调这一对矛盾，得到又强又韧的钢材，就是钢强韧化的目的。