采用环状裂纹圆棒试样测定中低强度钢的断裂韧度

本文应用环状裂纹受拉圆棒试样的尺寸效应于测定中低强度钢的平面应变断裂韧度K_(IC)。所用试样的尺寸比标准试样小很多。用J积分分析了尺寸效应,并通过有限元计算和断口分析探讨了允许用较小尺寸的圆棒试样测定K_(IC)的原因。     

高强钢螺桩应力腐蚀断裂研究

对超高强钢螺桩的大批量断裂事故进行了断日分析,确认是水介质或БФ—2~(**)胶中的应力腐蚀断裂。测量了几种高强钢在不同热处理条件下的K_(ISCC)和da/dt(平台值)。应用断裂力学对带裂纹螺桩断裂的可能性进行了定量分析, 测量了缺口形成应力腐蚀裂纹的临界应力场强度因子K_(ISCC)。利用不同曲率的缺口试样详细研究了缺口形成应力腐蚀裂纹的规律。由此也可估算无预裂纹的螺桩产生应力腐蚀断裂的力学条件。     

COMPARISON OF STRESS CORROSION CRACKING BETWEEN CAST AND FORGED STEELS IN WATER

用同一炉钢的铸件和锻件对比研究了在水介质中的应力腐蚀性能。结果表明:铸钢和锻钢应力腐蚀裂纹扩展的激活能相同,均为Q=5540cal/mol,且和氢渗透测出的表观扩散激活能一致。无论是阳极极化还是阴极极化,均使铸钢和锻钢的da/dt升高,但阴极极化较为明显。氢渗透测量表明:不论阳极极化或阴极极化,随着电流增大,饱和氢渗透量明显增加,极化对da/dt和氢渗透通量的影响相似。 试验温度对K_(ISCC)的影响极小,但铸钢的K_(ISCC)明显地比锻钢高。氢渗透测试结果发现锻钢的饱和氢渗透通量约比铸钢大一倍。这与断口观察一致,由此可以解释K_(ISCC)的差异。尽管断口形貌明显依赖开裂时的K_I值,但在K_(ISCC)附近锻钢全是沿品断口,而铸钢则以准解理为主。     

X70管线钢电化学充氢后的力学行为研究

应用拉伸试验和慢拉伸试验，研究X70管线钢电化学充氢后材料拉伸性能的变化．结果表明：电化学充氢对X70管线钢的强度没有显著的影响，主要降低了材料的塑性，从而降低了材料的断裂延性和断裂强度．在静态电化学充氢条件下，材料的塑性随充氢时间的增加，依次降低．在慢拉伸条件下，动态电化学充氢显著降低材料的塑性．断口分析表明：静态电化学充氢后的断口以韧窝为主要特征，但韧窝直径变小；慢拉伸的动态电化学充氢断口出现准解理断裂．     

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应用AG-IS 100kN岛津电子万能试验机测试超低碳钢冷轧薄板的拉伸性能,分析了试验温度(-40～200℃)、轧制方向和试样厚度(0.27～0.35mm)对其拉伸性能的影响.研究结果表明:抗拉强度随着温度的升高先降低而又略有增加,在200℃时材料出现屈服平台,其强度为135 MPa.伸长率A值随着温度的升高先增加后降低,而后又有所增加.纵向试样的抗拉强度和伸长率值较横向试样的高5％～15％.0.27 mm厚度试样的抗拉强度最高,伸长率最小,0.3mm厚度试样抗拉强度最小、伸长率最大.     

EFFECT OF CATHODIC PROTECTION ON FRACTURE BEHAVIOUR OF LOWALLOY STEELS IN SEAWATER

Fracture behaviour of low-alloy steels AIST4340,HY100,Welten60,AISIA537 and A131 inartificial seawater under static,cyclic loading and at cathodic protection potential has beeninvestigated by using the techniques of fracture mechanics, electrochemistry andelectronfractography.The results reveal that at hydrogen evolution potentials(cathodic pro-tection potential)the critical yield strength required for the occurrance of SCC decreasesfrom 985 at corrosion potential(E_c)to 872 MPa.The effect of cathodic protection on crackpropagation of corrosion fatigue(CF)is not simple,it is closely related to the yield strengthof steels and their SCC behaviour.For the steels with high yield strength,cathodic protectionpromotes(da/dN)_Ⅱ evidently,and reduces △K_(th) value.The(da/dN)-△K curves dis-play a plateau at the third stage of CF for steels with medium or low yield strength.It is men-tioned that the cathodic protection potential for oceaneering constructures should be control-led at top level of the protective range.It seems reasonable that the strength of steel foroceaneeing use might be increased by 200 or 300 MPa.     

钢的腐蚀疲劳断裂形态的探讨

本文通过钢在腐蚀疲劳(CF)条件下断裂表面的观察,较系统地探讨了钢的CF断裂形态特征。其结果表明,CF的断裂形态强烈地依赖于载荷、介质及其与钢本身之间的相互作用。按照环境对钢的作用强弱,可以出现疲劳辉纹、因均匀腐蚀变宽了的疲劳条纹、晶间腐蚀型疲劳条纹、应力腐蚀开裂(SCC)形态及氢脆(HE)开裂形态特征等。因此,CF断裂形态不具有独特的共同特征,说明CF断裂的机理是多样的。目前,用一种断裂模型(如叠加模型或竞争模型)去解释所有CF断裂现象无疑是困难的。     

P92钢高温断裂韧性的试验

文中以P92耐热钢为研究对象，研究了不同尺寸的开侧槽和不开侧槽的紧凑拉伸试样在630 °C下的断裂韧性，得到了相应的的阻力曲线及断裂韧度J_Q. P92钢在高温下为典型的韧性断裂机制. 基于三维有限元计算对侧槽的拘束效应进行表征，结果表明，侧槽可明显提高试样的拘束水平，试样尺寸越小，J阻力曲线差异越明显. 随载荷增大，非侧槽试样的拘束变化更明显，开侧槽将导致试样阻力曲线不同. 试样尺寸及结构的改变，对韧性材料的阻力曲线影响较大，而对断裂韧度值影响较小. 试样开侧槽之后裂纹扩展更平齐，可优化断裂韧性试验过程.     

FATIGUE FRACTURE BEHAVIOR OF LOW CARBON MARTENSITE AND MARTENSITE/BAINITE DUPLEX STRUCTURE IN STEEL 20CrMnMo

Fatigue crack propagation rate,da/dN,and threshold stress intensity range,ΔK_(th),of steel20CrMnMo containing low carbon martensite or low carbon martensite/bainite(LCM/B)duplex structure,obtained by oil quenching and austempered at 360℃,have been measuredusing specimens under four-point bending.Observation was also made of the crack path andfracture morphology with relation to microstructure.The formation of LCM/B duplexstructure,which caused by 20% lower bainite after short-time isothermal treatment,may re-markably increase ΔK_(th)and considerably decrease da/dN.The effect of microstructure onda/dN and ΔK_(th)was discussed with the emphasis on the crack propagation path.     

IMPROVEMENT ON SUSCEPTIBILITY OF ULTAR-HIGH STRENGTH STEEL TO STRESS CORROSION CRACKING BY HIGH TEMPERATURE QUENCHING

The effect of quenching temperature on the stress corrosion cracking of 30Cr3SiNiMoVultra-high strength steel in 3.5% NaCl aqueous solution has been studied.The thresholdK_(ISCC) may continuously increase with the quenching temperature raised from 870 to 1200℃ .All of the fractures are intergranular.The analyses of the segregation along prior austeniticgrain boundaries,grain size and other microstructural factors reveal that the inereaseof K_(ISCC) is mainly due to the coarsening of prior austenitic grains.     

连铸温度和低倍组织对轮箍钢氢致开裂的影响

研究了轮箍钢低倍组织和连铸温度对白点敏感性、断裂韧性的影响.结果表明,连铸温度对白点敏感性有影响,低温涛坯(尾坯)的白点敏感性略高于高温铸坯(头坯).低倍组织对白点敏感性影响显著,柱状晶区的白点敏感性最低,等轴晶区的白点敏感性最高.但是,低倍组织和连铸温度对氢扩散和条件断裂韧性KIQ均没有影响.     

Fracture resistance of simulated heat affected zone areas in HSLA structural steel

Abstract

The fracture toughness of some areas in the multi-pass heat affected zone (HAZ) of a high strength low alloy (HSLA) structural steel was analysed in a straightforward way using precracked, cylindrical specimens tested on a conventional tensile machine. The specimens were made from samples with a simulated HAZ microstructure; however, the size of the samples was restricted by the limitations of the Gleeble machine. The brittleness of the samples was an indication of the detrimental effect of welding on their toughness. The specimens were not large enough for a direct K_Ic measurement over a wide testing temperature range; it was necessary to modify the results. The low fracture toughness and the substantial shift of fracture transition temperatures suggest that welding of the investigated steel could be a delicate procedure.     

17Cr2Ni2Mo钢粒状组织和粒状贝氏体的断裂特性

研究了１７Ｃｒ２Ｎｉ２Ｍｏ钢粒状组织和粒状贝氏体经低温和高温回火后的断裂特性。结果表明；粒状组织和粒状贝氏体经低温回火后，由于Ｍ－Ａ岛的分布，尺寸及应变诱发相变的影响而具有良好的强韧性，特别是其断裂韧性Ｊ１ｃ值较板条马氏体几乎高了一倍；而经高温回火后，由于Ｍ－Ａ岛分解出来的碳化物的偏聚，呈现出准解理特征，其断裂韧性远低于回火索氏体。     

金属断裂表面的分形(Fractal)与断裂韧性

本文借助于图象分析技术使用Slit island方法研究了两种高强度钢不同热处理制度和不同试验温度条件下平面应变断裂表面的分形维数.结果表明,断裂表面是一种分形结构,断裂韧性K_(IC)值的对数随分形维数D_F增加成单调下降的直线关系.这种关系反映了不同热处理制度所引起的材料微观结构变化和不同试验温度所引起的断裂机制变化,D_F可以做为金属断裂韧性的一种度量。最后,用临界裂纹扩展力与不规则断裂表面真实面积之间的关系对结果进行了理论分析.     

低合金钢在水介质中的应力腐蚀机构

用抛光的恒位移试样跟踪观察了具有广泛拉伸强度范围的四种低合金钢在各种水溶液中(高纯水、阳极极化和阴极极化下的水溶液,0.1NK_2Cr_2O_7水溶液)以及含痕量水的有机溶剂中(无水酒精,丙酮等)应力腐蚀裂纹产生和扩展的动态过程。结果表明,当钢的强度和K_1大于临界值后,在所用的各种水溶液中都能产生氢致滞后塑性变形,即加载裂纹前端的塑性区及其变形量随时间而逐渐增大。当这个氢致滞后塑性变形发展到临界状态时,就会导致应力腐蚀裂纹的形核和扩展。无论是阳极极化、阴极极化还是加缓蚀剂均不改变这类滞后塑性变形的特征,也不改变滞后塑性变形和应力腐蚀裂纹的相互关系。     

Ⅱ型试样的氢致开裂和应力腐蚀

用有限元法计算了Ⅱ型缺口前端的应力场和应力场强度因子KⅡ。结果表明,最大正应力和最大三向应力所在位置(θ=-110°)和最大剪应力位置(θ=80°)并不重合;最大正应力的指向和缺口延长线成α=10°。 实验表明超高强度钢Ⅱ型缺口试样能产生氢致滞后开裂,在水溶液中也能发生应力腐蚀。氢致裂纹和应力腐蚀裂纹都在最大三向应力所在位置形核,但裂纹的取向并不和该处的最大正应力垂直,而是指向该处的剪应力方向。如果没有氢,则裂纹在最大剪应力所在位置处形核,并沿最大剪应力方向扩展,即开裂角α=5°。 无论是氢致滞后开裂,还是应力腐蚀,Ⅱ型试样的规一化门槛应力强度因子均比Ⅰ型试样的相应值要高,断口形貌则和Ⅰ型试样的基本相同。     

腐蚀疲劳过程中裂尖阳极溶解对裂纹扩展的作用

在模拟腐蚀疲劳裂尖介质中,分别用铂丝和40CrNiMo钢为辅助电极测定了在不同拉伸速率下中温回火的40CrNiMo钢的腐蚀电流密度i_(a)与应变速率、塑性应变量的关系,其结果为:利用疲劳裂纹尖端应变的弹塑性有限元计算,得到腐蚀疲劳裂尖阳极溶解引起的裂纹扩展与△K的关系,结果表明:中温回火的40CrNiMo钢在3.5％NaCl水容液中裂尖阳极溶解对腐蚀疲劳裂纹扩展的直接贡很小,阳极溶解的主要作用是影响为裂尖断裂区氢致开裂提供氢原子的阴极过程。     

晶粒尺寸对42CrMoVNb钢超高周疲劳性能的影响

研究了不同热处理制度下得到的3种具有不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度钢的超高周疲劳性能. 结果表明, 超高周疲劳强度和疲劳强度比并不随晶粒尺寸的减小而单调提高, 中等晶粒尺寸的试样具有最高的疲劳强度和疲劳强度比. SEM断口观察表明, 绝大部分试样的疲劳裂纹起源于夹杂物. 随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅ΔK_inc的减小, 疲劳寿命N_f增加; 而在夹杂物周围的粗糙粒状区域(GBF)的应力强度因子幅ΔK_GBF并不随N_f变化而变化, 基本为一常数, 且粗晶粒试样的ΔK_GBF高于细晶粒试样. 这表明, 细化晶粒对高强度钢的超高周疲劳性能有着复杂的影响,存在一个合理的细化晶粒范围.     

超细晶粒高强度钢的延迟断裂行为

对于微合金化处理的42CrMoVNb钢，通过快速循环热处理的方法获得最小2μm的超细奥氏体晶粒，采用缺口拉伸延迟断裂实验研究了超细晶粒试样的延迟断裂行为。结果表明，随着晶粒细化，42CrMoVNb钢的强度和缺口拉伸延迟断裂抗力逐渐提高；但当晶粒细化到2μm时，强度和延迟断裂抗力均不再提高，在高温回火态，当晶粒尺寸在20—4μm范围时，断裂机制主要为穿晶断裂；但当晶粒进一步细化到2μm时，断裂机制转变为沿晶断裂，在低温回火态，不同晶粒尺寸的试样均主要为沿晶断裂，从降低应力集中和夹杂元素晶界偏聚等角度对超细晶粒高强度钢的延迟断裂行为进行了探讨。     

中等强度结构钢的韧性启裂和稳态扩展特性

研究了中等强度结构钢的韧性启裂,裂纹稳态扩展阻力和断裂过程中消耗的形变功。结果表明,具有相同组织状态的试样,随试样几何尺寸增加,启裂J积分值几乎没有变化,但J_i值由J_(i(e))和J_(i(p))共同构成转变为以J_(i(e))为主要构成;裂纹扩展阻力dJ/da由dJ-p/da为主要构成转变为由dJ_e/da和dJ-p/da共同构成。裂纹体在断裂过程中消耗的弹性功比例越来越大,抵抗裂纹继续扩展阻力明显降低。