SPV50Q钢的应力腐蚀开裂实验研究

基于线弹性断裂力学的方法,以SPV50Q钢材为研究对象,选用不同部位的M-WOL楔形张开加载预裂纹试样,对其在不同硫化氢体积分数及不同状态条件下的应力腐蚀开裂性能进行研究。测定出应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt和应力腐蚀开裂临界强度因子K_(ISCC)。结果表明:随着硫化氢体积分数的减小,SPV50Q钢的应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt降低,应力腐蚀临界应力强度因子K_(ISCC)增大。对SPV50Q钢进行热处理后在一定程度上能降低裂纹扩展速率da/dt,同时可提高硫化氢环境下的抗应力腐蚀开裂能力。     

钢在腐蚀疲劳条件下裂纹扩展形态的转变

本文应用电子断口学、断裂力学的方法,通过实际断裂构件的分析和腐蚀疲劳(CF)、应力腐蚀开裂(SCC)实验,观察到钢在CF条件下裂纹扩展形态不是单一的.它与钢的临界应力强度因子K_(IC),临界SCC强度因子K_(ISCC),CF最大应力强度因子K_(Imax),应力强度因子范围△K,应力比R及频率f等有关.当dK/da>0时,基本的断裂形态有三种:(1)当K_(Imax)相似文献   

CHANGES OF CRACK GROWTH MORPHOLOGY IN STEEL UNDER CORROSION FATIGUE CONDITION

本文应用电子断口学、断裂力学的方法,通过实际断裂构件的分析和腐蚀疲劳(CF)、应力腐蚀开裂(SCC)实验,观察到钢在CF条件下裂纹扩展形态不是单一的.它与钢的临界应力强度因子K_(IC),临界SCC强度因子K_(ISCC),CF最大应力强度因子K_(Imax),应力强度因子范围△K,应力比R及频率f等有关.当dK/da>0时,基本的断裂形态有三种:(1)当K_(Imax)相似文献   

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。     

钢显微组织对应力腐蚀抗力的影响

本文研究了两种矿用圆环链专用钢23MnNiCrMo64和20MnVK,经淬火、不同温度回火后的应力腐蚀应力强度因子门槛值K_(ISCC),并进行了组织和断口的电子显微分析。结果表明,随回火温度提高,K_(ISCC)上升;K_(ISCC)与K_(IC)有大致相同的变化趋向。在回火脆区间,K_(ISCC)值出現低谷。造成这一现象的原因是,回火温度的变化造成了钢显微组织的变化,特别是析出相的增加和铁素体的回复,是钢应力腐蚀敏感性降低的主要原因,回火脆区间较高的应力腐蚀敏感性,主要是由于晶界弱化因素与氢的陷阱捕获     

7021马氏体时效钢(18Ni)焊接接头的应力腐蚀

本文研究了国产7021马氏体时效钢(18Ni)焊接接头在3.5%NaCl 水溶液中的应力腐蚀行为。结果表明,在峰值温度为1280℃左右的热影响区中焊接热循环并不影响断裂韧性,但严重降低对应力腐蚀的抗力,使该区成为焊接接头的薄弱环节。其原因可能与焊接,过程钛、钼等合金元素在晶界的偏聚和晶粒长大有关。焊后经820℃×1h 固溶处理,临界应力腐蚀强度因子K_(ISCC)得到一定提高,双重固溶处理可进一步改善,而三次900℃×20min 水冷处理效果最显著,晶粒明显细化,应力腐蚀裂纹由沿晶破坏转变为穿晶塑性破坏。但上述固溶处理对焊缝的作用与热影响区不同。一次或二次固溶有使焊缝K_(ISCC)降低的趋势,只有多次固溶可保持较好的水平并能与热影响区性能相匹配。     

钢在H_2S中的应力腐蚀机构

用抛光的 WOL 型恒位移试样跟踪观察了各种低合金钢在 H_2S 中应力腐蚀裂纹产生和扩展的规律。结果表明,当钢的强度和 K_I 均大于临界值之后,在裂纹前端将会发生滞后塑性变形,即裂纹前端塑性区的大小及其变形量将随时间延长而逐渐增加,当这种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产生和扩展。对超高强钢来说,当这个滞后塑性区闭合后应力腐蚀裂纹就在其端点形核,随着滞后塑性变形的发展,这些不连续的应力腐蚀裂纹逐渐长大并互相连接。对强度较低的钢,随滞后塑性变形的发展,应力腐蚀裂纹沿着滞后塑性区边界向前扩展。已经证明这个滞后塑性变形是由氢引起的,称作氢致滞后塑性变形。利用 WO 型试样测量了在 H_2S 气体以及 H_2S 饱和水溶液中的 K_(ISCC)和 da/dt,研究了它们随强度变化的规律,以及阴极极化和阳极极化对超高强钢 K_(ISCC)和 da/dt 的影响。     

力学因素对Welten60管线钢应力腐蚀开裂行为的影响

采用慢应变速率实验,低频小振幅加载实验,研究了力学因素的变化对Welten 60钢在80℃的0.5mol/L Na_2CO_3和1mol/L NaHCO_3溶液介质中的应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响。实验结果表明:Welten 60钢在该溶液中为沿晶型的SCC;用小锥度拉伸试样获得的应力腐蚀开裂门槛值σ_(th)与应变速率ε和加载频率f有关,σ_(th)随ε和f的减小而降低;用板状单边缺口试样测得的SCC裂纹扩展速率(平台期)da/dt约为3.5×10~(-6)mm/s,应力腐蚀开裂临界应力强度因子K_(ISCC)约为32MPam~(1/2)。     

高温淬火改善超高强度钢应力腐蚀断裂抗力的研究

研究了淬火温度对30Cr3SiNiMoV超高强度钢在3.5%NaCl水溶液中的应力腐蚀断裂的影响。淬火温度从870℃升高到1200℃时,应力腐蚀断裂门槛值K_(ISCC)不断升高,均为沿晶断裂。对原奥氏体晶界偏聚、晶粒尺寸等微观因素的分析表明,该钢K_(ISCC)升高的主要原因是原奥氏体晶粒尺寸的增大。     

0Cr13Ni4Mo及其与0Cr18Ni11Nb异种不锈钢焊接接头的K_(ISCC)、dα/dN和△K_(th)测定

本文论述了0Cr13Ni4Mo及0Cr18Ni11Nb异种不锈钢焊接接头K_(ISCC)、da/dN和△K_(th)的测定,以及反应堆工作环境条件对其应力腐蚀抗力K_(ISCC)和腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响,为工程设计提供重要的依据。     

MECHANISM OF HYDROGEN INDUCED CRACKING IN STEELS

用抛光的恒位移试样对不同强度(σ_b=900—1800MPa)的四种低合金钢在各种致氢环境(电解充氢、氢气、H_2S气体、水介质、H_2S水溶液、缓蚀剂水溶液、丙酮、酒精等有机溶液)下跟踪观察了氢致裂纹的产生和扩展过程.与此同时也测量了在这些致氢环境中的K_(ISCC)(或K_(IH))和da/dt,并研究了它们随强度变化的规律。 结果表明,当加载裂纹前端的K_I>K_(ISCC)(K_(IH))后,在上面所说的任何一种致氢环境都能产生氢致滞后塑性变形,并由此导致裂纹的产生和扩展。即随着氢的扩散进入,原裂纹前端塑性区及其变形量逐渐增大。对超高强度钢,在滞后塑性区端点形成不连续的氢致裂纹,它们随滞后塑性变形的发展逐渐长大以致互相连接。当强度降低时,氢致裂纹沿滞后塑性区边界连续地向前扩展。这就表明,在Ⅰ型裂纹条件下,氢致滞后塑性是产生氢致滞后裂纹的必要和充分条件。 在所有的致氢环境中,止裂的K_(ISCC)(K_(IH))均随钢的强度下降而升高,da/dt均随钢的强度下降而降低。强度相同时,水中加缓蚀剂和阳极极化使K_(ISCC)升高,da/dt下降,与此相反,阴极极化使K_(ISCC)下降,da/dt升高。而在饱和H_2S溶液以及加载下电解充氢时K_(ISCC)(K_(IH))最低,da/dt最高。 实验也表明,在电解充氢条件下还能以另一种机构     

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。     

铸钢和锻钢在水介质中应力腐蚀性能的对比研究

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。     

钢中氢致裂纹机构研究

用抛光的恒位移试样对不同强度(σ_b=900—1800MPa)的四种低合金钢在各种致氢环境(电解充氢、氢气、H_2S气体、水介质、H_2S水溶液、缓蚀剂水溶液、丙酮、酒精等有机溶液)下跟踪观察了氢致裂纹的产生和扩展过程.与此同时也测量了在这些致氢环境中的K_(ISCC)(或K_(IH))和da/dt,并研究了它们随强度变化的规律。结果表明,当加载裂纹前端的K_I>K_(ISCC)(K_(IH))后,在上面所说的任何一种致氢环境都能产生氢致滞后塑性变形,并由此导致裂纹的产生和扩展。即随着氢的扩散进入,原裂纹前端塑性区及其变形量逐渐增大。对超高强度钢,在滞后塑性区端点形成不连续的氢致裂纹,它们随滞后塑性变形的发展逐渐长大以致互相连接。当强度降低时,氢致裂纹沿滞后塑性区边界连续地向前扩展。这就表明,在Ⅰ型裂纹条件下,氢致滞后塑性是产生氢致滞后裂纹的必要和充分条件。在所有的致氢环境中,止裂的K_(ISCC)(K_(IH))均随钢的强度下降而升高,da/dt均随钢的强度下降而降低。强度相同时,水中加缓蚀剂和阳极极化使K_(ISCC)升高,da/dt下降,与此相反,阴极极化使K_(ISCC)下降,da/dt升高。而在饱和H_2S溶液以及加载下电解充氢时K_(ISCC)(K_(IH))最低,da/dt最高。实验也表明,在电解充氢条件下还能以另一种机构形成裂纹。它们的产生和展不依赖外载荷,且不伴随有宏观塑性变形,因此,是通过氢压机构形成和扩展的。     

回火温度对42CrMo高强钢应力腐蚀断裂行为的影响

研究了回火温度对高强度42CrMo 钢应力腐蚀断裂行为的影响。结果表明,在淬火态和低温回火态.均为沿晶断裂.K_(ISCC)很低;当回火温度高于300℃后,K_(ISSCC)随回火温度升高而显著早升,断裂方式从沿晶型过渡为穿晶韧窝和沿晶的混合型。俄歇能谱和电镜分析表明,该钢的应力腐蚀断裂行为主要决定于碳比物的分布。在淬火态和低温回火态,碳化物主要分布于原奥氏体晶界,导致沿晶断裂和 K_(ISCC)值很低。较高温度回火后,晶界上碳化物的聚集粗化和晶粒内部碳化物的大量析出,导致了断裂方式由沿晶型向混合型转化和 K_(ISCC)的明显升高。     

富氢环境下管道钢的腐蚀疲劳裂纹扩展模型

基于腐蚀疲劳裂纹扩展的基本假设,结合氢的弱键理论和局部塑变理论,对处于富氢(氢气)环境下的管道钢提出了氢脆-钝化-断裂模型。推导得出氢脆型腐蚀疲劳裂纹扩展(HE-CFCP)具有明显应力腐蚀准平台开始的转变应力强度因子(K_(tran))表达式。考虑了临界断裂强度因子(K_c)对裂纹扩展的影响,提出了HE-CFCP的亚临界断裂强度因子(K_(sc))的概念,并将其作为HE-CFCP准平台结束的应力强度因子。通过比较K_(tran)和K_(sc)大小,将(K_(sc)-K_(tran))的差值作为衡量由应力强度因子控制的HE-CFCP准平台发生及准平台区间长度的评价标准。通过对已有管道钢的CFCP实验数据分析,考虑氢致损伤和断裂强度因子的影响,将HE-CFCP曲线划分为四个区域:I-近门槛区域;II-I-Paris区域;II-II-氢完全控制区域;III-快速扩展区域。最后分析了氢致损伤对Paris区域和氢完全控制区域的影响。研究表明:基于裂纹扩展动力学规律导出的裂纹扩展速率表达式对描述HE-CFCP具有较好的通用性。     

HT60高拉力钢在人工海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展特性

对高拉力钢HT60的腐蚀疲劳裂纹扩展特性和门槛值区域特性,采用紧凑拉伸试件在人工海水中进行了实验和研究,结果表明:在空气中的da/dN与ΔK_(cff)关系可以作为在海水中的da/dN与ΔK关系的一个偏保守的预测;在高应力比的高ΔK区域,由于应力诱起溶解促进了裂纹扩展的加速;该裂纹开口应力强度因子K_(op)仅反映了裂纹表面同腐蚀生成物接触的结果,从而导致了K_(op)在裂纹尖端的偏大的估计结果。     

EFFECT OF STRENGTH ON SCC SUSCEPTIBILITY OF STEEL 34CrNi3Mo IN NaOH SOLUTION

通过不同强度等级的34CrNi3Mo钢在80℃,30％NaOH水溶液中开路电位(-1050mv)及-1400mv(SCE)恒电位阴极极化条件下K_(ISCC)的测定,探讨强度对低合金钢SCC敏感性的影响。试验结果表明:在开路电位的条件下,SCC为塑性变形控制的活性通道溶解(SGAPC)型,K_(ISCC)随着σ_s的升高而升高;而在-1400mv(SCE)恒电位阴极极化条件下,SCC为氢脆(HE)型,K_(ISCC)则随着σ_s的升高而急剧下降。说明强度对不同机理的SCC有着不同的影响.对HE型SCC,降低强度可有效地降低钢的SCC敏感性,而对于SGAPC型SCC,降低强度反而增加了钢对SCC的敏感性。因此,过去大量从高强度钢所得到的强度对SCC敏感性的影响规律并不适用于SGAPC型的SCC。     

STRESS CORROSION OF HIGH STRENGTH STEELS IN WATER MEDIUM

本文对应力腐蚀试验的WOL型恒位移试样作了评述.并用它测量了四种高强度钢在水介质中的止裂K_(Iscc)和da/dt.对其中的30CrMnSiNi_2A钢研究了强度和组织的影响.结果表明,对同一类热处理,随强度下降K_(Iscc)提高.当强度相同时,等温后回火组织的K_(Iscc)明显比马氏体组织和不回火贝氏体组织高得多.当强度σ_b≤130—140kgf/mm~2时,裂纹扩展情况发生变化,K_(Iscc)明显升高、da/dt也大幅度下降. 用不同曲率(ρ)的恒位移缺口试样测量缺口形成应力腐蚀裂纹的界限应力强度因子K_(Iscc)(ρ),结果表明: K_(Iscc)(ρ)=B ρ≤ρ_0 Aρ~(1/2) ρ>ρ_0A是材料常数.对σ_b=161 kgf/mm~2的30CrMnSiNi_2A钢,A=426kgf/mm~2. 根据实验数据,运用线弹性断裂力学对30 CrMnSiNi_2A钢高强度螺栓的应力腐蚀断裂事故进行了定量分析,给出了提高螺栓安全性的具体办法.     

高强度钢水介质应力腐蚀研究

本文对应力腐蚀试验的WOL型恒位移试样作了评述.并用它测量了四种高强度钢在水介质中的止裂K_(Iscc)和da/dt.对其中的30CrMnSiNi_2A钢研究了强度和组织的影响.结果表明,对同一类热处理,随强度下降K_(Iscc)提高.当强度相同时,等温后回火组织的K_(Iscc)明显比马氏体组织和不回火贝氏体组织高得多.当强度σ_b≤130—140kgf/mm~2时,裂纹扩展情况发生变化,K_(Iscc)明显升高、da/dt也大幅度下降. 用不同曲率(ρ)的恒位移缺口试样测量缺口形成应力腐蚀裂纹的界限应力强度因子K_(Iscc)(ρ),结果表明: K_(Iscc)(ρ)=B ρ≤ρ_0 Aρ~(1/2) ρ>ρ_0A是材料常数.对σ_b=161 kgf/mm~2的30CrMnSiNi_2A钢,A=426kgf/mm~2. 根据实验数据,运用线弹性断裂力学对30 CrMnSiNi_2A钢高强度螺栓的应力腐蚀断裂事故进行了定量分析,给出了提高螺栓安全性的具体办法.