湿H_2S及Cl~-环境下FV520B不锈钢的应力腐蚀行为研究

采用慢应变速率拉伸试验研究了FV520B马氏体沉淀硬化不锈钢在湿H_2S、NaCl及湿H_2S+NaCl腐蚀环境下的应力腐蚀开裂敏感性,并讨论了介质浓度对应力腐蚀行为影响。结果表明:FV520B钢在湿H_2S+NaCl环境中的应力腐蚀敏感性最大,随H_2S浓度升高,FV520B钢抗拉强度和断后延伸率降低,应力腐蚀敏感性增大。FV520B钢在湿H_2S+NaCl腐蚀环境的恒位移加载应力腐蚀试验表明:湿H_2S+NaCl腐蚀介质能够显著降低FV520B钢的断裂韧性,随H_2S浓度升高,应力腐蚀临界应力强度因子KISCC减小;试样断口形貌分析表明,在湿H_2S+NaCl腐蚀介质中SCC试样断口呈准解理形貌,为氢脆型应力腐蚀开裂,Cl-具有一定的诱导促进作用。     

CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中油管钢腐蚀疲劳裂纹扩展性能研究

油管服役环境中常存在Cl~-、CO_2等腐蚀性介质,它们会导致油管壁面产生点蚀坑。这些点蚀坑成为受交变载荷油管发生疲劳损伤的疲劳源。以现场用油管钢13Cr为研究对象,选取CO_2-Cl~-腐蚀介质为环境工况,在标准CT试样上进行腐蚀疲劳裂纹扩展实验。分别测量大气环境下、含有Cl~-溶液中及含有CO_2-Cl~-共存环境下的油管钢13Cr的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。对比分析这三种腐蚀工况下油管钢13Cr疲劳裂纹扩展速率的变化规律。结合断口形貌分析,探索CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中,油管钢13Cr的腐蚀疲劳失效机理。     

加载频率对FV520B-I钢超高周疲劳性能的影响

采用超声疲劳试验方法和常规疲劳试验方法,对FV520B-I钢在20kHz和140 Hz频率下的超高周疲劳性能进行了研究,分析了加载频率对FV520B-I钢超高周疲劳性能的影响,并基于Basquin方程对超声疲劳试验数据进行了修正。结果表明:在应力幅值相同的情况下,试验钢的疲劳寿命随加载频率的提高而增加,而疲劳强度随加载频率的提高而降低;常规疲劳试验和超声疲劳试验下试验钢的疲劳断裂机制和断口形貌基本相同;修正后的超声疲劳试验数据与常规疲劳试验数据具有较好的相容性。     

基于两种不同缺陷形式的FV520B-Ⅰ疲劳寿命预测

表面粗糙度和内部非金属夹杂物这两种缺陷形式都会明显影响高强度钢FV520B-Ⅰ的疲劳寿命。以FV520B-Ⅰ的超声疲劳实验数据为基础,结合根据经典的断裂力学,将表面粗糙度以及内部非金属夹杂物与FV520B-Ⅰ疲劳寿命联系起来得到疲劳寿命预测基础模型。从实验数据中选取合适的疲劳数据对基础模型进行拟合,确定与FV520B-Ⅰ相关参数,从而分别建立了针对两种不同缺陷情况下FV520B-Ⅰ的疲劳寿命预测模型。疲劳寿命预测模型的建立为FV520B-Ⅰ的疲劳寿命研究作出了贡献,准确并有针对性的预测疲劳寿命对保障设备的正常生产运行有重要的意义。     

腐蚀坑对叶轮疲劳裂纹扩展影响的概率失效分析

以概率论和断裂力学为基础,考虑参数的不确定性和随机性,应用蒙特卡洛方法对叶轮的腐蚀疲劳寿命进行分析。结果表明,腐蚀坑的存在大大降低了叶轮的疲劳裂纹扩展寿命。采用蒙特卡洛方法进行的一定可靠度和置信度下的寿命预测反映了参数的不确定性,预测的安全寿命精度更高。腐蚀疲劳寿命随着应力幅的增大而减小,随着腐蚀坑尺寸的增大而减小,随着深宽比的增大而减小,随着腐蚀坑距焊缝距离的增大而增大。     

基于不同粗糙度Ra与Rz的FV520B-I超高周疲劳失效研究

粗糙度Ra及Rz这两种粗糙度都会对高强度钢FV520B-I的超高周疲劳行为产生明显的影响.首先,以FV520B-I不同粗糙度的超声疲劳试验结果为基础,得到不同粗糙度情况下的失效试件的断口特征.结合超声疲劳试验结果、失效试件断口特征及能谱检测结果,分析粗糙度Ra对FV520B-I超高周疲劳失效机理的影响.其次,以粗糙度Rz作为主要影响因素,结合疲劳失效源距离表面的距离Da-s,分析粗糙度Rz对FV520B-I超高周疲劳寿命影响,并提出二者之间的定性描述关系.研究不同粗糙度对FV520B-I疲劳失效的影响为提高FV520B-I疲劳寿命预测的准确性有重要意义,也为FV520B-I疲劳失效研究做出了贡献.     

304奥氏体不锈钢在H_2S+Cl~-+CO_2+H_2O环境下的慢应变速率拉伸腐蚀试验研究

通过慢应变速率拉伸腐蚀试验(SSRT),研究了304奥氏体不锈钢在H_2S+Cl-+CO_2+H2O复杂介质环境下的应力腐蚀敏感性,借助扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)分析了断口形貌和腐蚀产物性质。在环境因素中主要考虑了H_2S浓度、Cl-浓度、CO_2浓度这三种介质参数单独或交互作用对材料应力腐蚀敏感性的影响。通过对试验数据进行逐步回归分析,建立了应力腐蚀敏感性指数随介质参数变化的数学模型,同时分析了各介质参数对304奥氏体不锈钢应力腐蚀影响的显著性。     

S135钻杆钢在H_2S环境中的腐蚀疲劳行为

对S135钻杆钢在空气和H_2S环境中进行了不同应力幅下的疲劳试验,得到了不同条件下的疲劳寿命,并应用回归分析方法得到了该钻杆钢在不同环境中的疲劳寿命公式,分析了其疲劳断裂机制。结果表明:在空气环境中,试验钢呈现明显的疲劳极限特征;在H_2S环境中,相同当量应力幅下试验钢的疲劳寿命比在空气环境中的低,且在很低的当量应力幅下仍会发生断裂,不存在疲劳极限;在不同环境和不同当量应力幅下,试验钢的疲劳裂纹均萌生于试样表面或靠近表面处,裂纹源区以解理断裂为主;在空气环境中,裂纹扩展区以疲劳条带为主要特征,在H_2S环境中,裂纹扩展区以解理平面和解理台阶为主要特征,在其解理平面上存在大量的二次裂纹,具有氢脆断裂的特征。     

硫化氢环境中低周疲劳裂纹扩展速率的研究

针对高强钢在硫化氢环境中腐蚀疲劳数据极为缺乏的现状,研究高压气瓶材料4130X在硫化氢腐蚀介质中的疲劳裂纹扩展速率.结合气瓶实际运行的环境和应力状态,应用改进型WOL(wedge-opening-loading)试样,在自行改造的专用低周腐蚀疲劳试验机上,完成0.006 7 Hz超低频率下饱和H_2S溶液、中等浓度H2S溶液和空气三种环境下的腐蚀疲劳试验,并用Paris公式进行两段式拟合,得出da/dN-ΔK的数学表达式.将试样微观断口的变化与宏观应力强度因子K的变化进行对比研究,给出不同环境中三个阶段K值的定量结果.结果表明:相同条件下,H_2S环境中的疲劳裂纹扩展速率比空气环境中大20倍以上;但当H_2S浓度达到一定范围后,对da/dN影响并不按比例增长,浓度相差11倍时,da/dN相差2.4倍,H_2S腐蚀介质的存在加速了疲劳破坏.     

30CrMo钢在H_2S和H_2O介质中的腐蚀行为研究

采用动电位极化技术和化学浸泡法研究30CrMo钢在H_2S和H_2O的腐蚀行为,并用扫描电镜(SEM)观察腐蚀表面形貌。结果表明:30CrMo钢在H_2S和H_2O的介质中会出现腐蚀。该钢在腐蚀初期的腐蚀速率较快,富集H_2S不仅促进初生蚀孔自身长大外,还会在蚀孔内壁形成核并产生新的腐蚀小孔。     

08Cr2A1Mo钢在湿H2S环境中的应力腐蚀试验研究

运用均匀设计方法,通过改变H2S浓度、Cl^-浓度、pH值和温度等溶液介质参数,对换热器管束用钢08Cr2A1Mo在湿H2S环境中进行慢应变速率拉伸应力腐蚀试验。研究了各参数对08Cr2A1Mo钢应力腐蚀开裂的影响规律,通过扫描电镜分析试样断口的微观形貌,确定其应力腐蚀敏感性,并根据试验结果计算在各试验环境下的应力腐蚀敏感性指数,运用回归分析软件,建立了08Cr2A1Mo钢应力腐蚀敏感指数与试验介质参数之间关系的交互型数学模型。     

焦化装置V401顶安全阀弹簧的断裂原因

某化工厂焦化装置V401顶安全阀启跳后不回座,安全阀解体后发现其弹簧发生断裂。采用化学成分分析、硬度检测、组织和断口形貌观察、腐蚀产物分析等方法分析了安全阀弹簧的断裂原因。结果表明:安全阀弹簧在湿H_2S环境中发生应力腐蚀形成裂纹,裂纹在交变载荷作用下扩展;当弹簧有效横截面积不足以承受介质内压的波动作用时弹簧发生断裂,属于腐蚀疲劳断裂。     

1.25Cr0.5Mo钢520℃疲劳蠕变交互作用研究

对1.25Cr0.5Mo钢进行520℃应力控制下的疲劳蠕变试验,应用频率分离法、应变能频率分离法进行了寿命预测,预测结果基本位于±2倍误差范围之内。对断口形貌进行了SEM分析,结果表明各种加载条件下的断口都有很多的韧窝和蠕变孔洞。当应力幅大于等于平均应力时,蠕变孔洞内壁上分布着同心条纹,且同心条纹的间距随着应力幅的减小而降低;当平均应力较大而应力幅较小时,蠕变孔洞近似各自独立形核长大;当应力幅略小于平均应力时,蠕变孔洞壁上间距较大的同心条纹是疲劳促进蠕变损伤的证据,而蠕变孔洞上少量脱落的颗粒,是蠕变加速疲劳损伤的证据。     

CO2和H2S对FV520B不锈钢在NaCl溶液中电化学腐蚀行为的影响

采用动电位极化和电化学阻抗谱研究了FV520B不锈钢在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液以及在分别通入CO_2、H_2S、CO_2+H_2S气体的3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:在3.5%NaCl溶液中通入CO_2或H_2S时,试验钢的开路电位负移,极化电阻减小,耐腐蚀性能变差;试验钢在4种腐蚀介质中的极化曲线均呈阳极溶解特征,在3.5%NaCl和通入CO_2的3.5%NaCl溶液中,腐蚀受阳极过程控制,在通入H_2S的3.5%NaCl溶液中,腐蚀受阴极过程控制,而在同时通入CO_2和H_2S的3.5%NaCl溶液中,腐蚀受阴极和阳极过程共同控制。     

危险蚀坑评判及疲劳寿命计算

通过对在EXCO(exfoliation corrosion)溶液中加速腐蚀不同时间后的LC4CS试件表面腐蚀形貌进行观测,得到不同腐蚀时间下试件表面蚀坑深度及底部曲率半径。通过分析给出张开角的定义,并以此确定危险蚀坑及预测预腐蚀件的疲劳寿命。研究结果表明:张开角可以合理地确定危险蚀坑以及初始裂纹的等效尺寸。通过算例分析,用张开角来确定危险蚀坑可以较好地预测预腐蚀件的疲劳寿命。     

风力发电机组用变桨轴承外圈断裂的原因

风力发电机组用变桨轴承外圈在使用一段时间后发生断裂,通过宏观检查、化学成分分析、力学性能测试、断口形貌和显微组织观察等方法分析了断裂原因。结果表明:轴承外圈断裂性质为疲劳断裂;螺栓孔内表面在腐蚀介质作用下产生点蚀坑,形成应力集中点,在较大外力作用下,在应力集中明显的点蚀坑处萌生裂纹并诱发疲劳断裂。     

40Cr钢受冲击后的疲劳性能研究

分别对受冲击和未受冲击的40Cr钢进行疲劳实验,测定了两条疲劳寿命S-N曲线;采用S-3400N扫描电子显微镜对疲劳断口形貌进行分析。结果表明,40Cr钢受到冲击后,其S-N曲线显示出材料的疲劳寿命明显下降。在280MPa的应力下,40Cr钢受到冲击后的疲劳寿命下降34%;在600MPa的应力下,疲劳寿命下降73%;而在520MPa的应力下,疲劳寿命下降7%。断口的形貌特征表明,冲击带来的应力集中导致瞬断区面积明显偏大,从而造成疲劳寿命的下降。     

X80管线钢疲劳裂纹的扩展行为

对X80管线钢进行了拉伸试验和三点弯曲疲劳试验,研究了该钢的拉伸断口形貌以及不同应力比(0.1,0.4,0.6)对疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:X80管线钢具有连续屈服特征,拉伸断口形貌呈韧窝状;增大应力比会降低X80钢的疲劳寿命,降低裂纹长度;以应力强度因子幅值ΔK作为驱动参数,Paris公式可以很好地拟合不同应力比下X80管线钢的疲劳裂纹扩展速率。     

应力比对S135钻杆钢腐蚀疲劳行为的影响

利用疲劳试验机和扫描电镜研究了在弱碱性介质(质量分数为3.0%的KCl溶液)中不同应力比R(0.1,0.3,0.5,0.7)对S135钻杆钢腐蚀疲劳行为的影响,并得到了该钻杆钢腐蚀疲劳裂纹扩展表达式和疲劳裂纹临界撕裂点的应力强度因子幅值ΔK与R的关系式。结果表明:随着R的增大,试样裂纹扩展临界撕裂点和最终撕裂点对应的ΔK逐渐减小(R和临界撕裂点的ΔK值之间呈明显的线性关系),试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率增大,腐蚀疲劳相对寿命减小,裂纹开裂由疲劳条带扩展机制转化为解理扩展机制。     

一种预测蚀坑腐蚀疲劳寿命的概率模型

蚀坑腐蚀引起的疲劳损伤过程包括七个阶段,蚀坑形成、蚀坑扩展、蚀坑转变为疲劳小裂纹、小裂纹扩展、小裂纹转变为长裂纹、长裂纹扩展和断裂.用一阶可靠性方法(first-order reliability method,FORM)和蒙特卡洛模拟法分别计算铝合金蚀坑腐蚀疲劳寿命,得到疲劳寿命的累积分布函数(cumulative distribution function,CDF),进行概率敏感性分析.同时研究几个随机变量及其变异系数(coefficient of variation,COV)对预测疲劳寿命的影响.