结构钢焊缝金属在低温和动载条件下的脆断本质

研究了结构钢焊缝金属在低温和高加载速率条件下的断裂韧度与断口形貌变化规律,讨论了沿晶脆性断裂的本质。研究指出,降低温度和提高加载速率都导致断裂韧度降低和沿晶脆性断裂倾向增加,表现出一定的低温效应和高加载速率效应,降低试验温度和提高加载速率的作用是相互促进的。焊缝金属沿晶脆性断裂是特定的材料因素、结构因素和环境因素共同作用的结果,沿晶脆性断裂倾向决定于晶界协调相邻晶粒塑性变形的能力,在晶界不足以协调其两侧晶粒的变形时便出现沿晶断裂。     

高强结构钢材Q460C焊接接头的断裂韧性试验

对14 mm厚的焊接Q460C高强度结构钢材焊缝区及其热影响区进行不同低温下的三点弯断裂韧性的试验研究,以便获得其焊缝区及其热影响区的断裂韧性指标δm值,同时利用Boltzmann函数对结果进行了拟合分析,得到其韧脆转变温度及其随温度变化的规律,并对试件断口进行扫描电镜分析.结果表明,低温对Q460C结构钢的焊缝区和热影响区断裂韧性有明显的影响,随温度的降低,其断裂韧性也随之呈下降趋势;Q460C焊缝区韧脆转变温度约为-53.6℃,热影响区的约为-40.3℃;在温度低于-20℃时,Q460C焊缝区及热影响区的断口形貌已表现出明显的脆性特征.     

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 针对南钢部分合金结构钢棒材存在的硬度偏硬、影响锯切的问题，详细分析了硬度超标的影响因素，利用Gleeble热模拟试验研究了终轧温度对成品硬度的影响，采用合理调整钢材化学成分及电磁搅拌参数，控制自由氮含量，降低终轧温度，提高入坑温度等措施，将合金结构钢硬度降低到HB240以下，降低了碳成分偏析，碳质量分数极差由0.08%降低到0.04%，从而较大程度上改善了南钢合金结构钢切割加工性能。     

冷处理对建筑用Q345低合金结构钢组织与力学性能的影响

采用显微组织观察、拉伸试验、冲击试验、冲击断口形貌分析等方法,研究了不同冷处理温度对Q345低合金结构钢组织及力学性能的影响。结果表明:在0～-45℃,随着冷处理温度的降低,Q345试验钢中析出的碳化物逐渐增多,抗拉强度与屈服强度逐渐升高,伸长率和冲击吸收能量逐渐降低。冷处理温度为-30～-15℃时,试验钢的强度、伸长率、冲击吸收能量变化最为显著。随着冷处理温度的降低,Q345试验钢的冲击断口由韧性断裂转变为脆性断裂,-30℃冷处理试验钢的冲击断口纤维区百分比为49%,Q345钢的韧脆转变温度在-30℃左右。     

ZG40Cr25Ni20炉管服役后断裂韧性试验分析及断口微观形貌研究

将断裂力学原理应用到炉管寿命预测中.利用MTS810试验机,对服役3万h的炉管和未服役炉管的断裂韧性进行了试验分析,并利用扫描电镜进行了断口的形貌分析.研究结果表明:服役后炉管的断裂韧性与未服役炉管相比显著下降,抵抗裂纹扩展能力减弱;服役后的炉管断裂面没有裂纹稳态扩展区和宏观塑形变形,对应于断裂韧性的下降,断裂面微观形貌呈典型的脆性断裂特征.     

输电铁塔用Q460角钢低温断裂韧性研究

采用三点弯曲试验,研究了输电铁塔用Q460角钢在低温下的断裂韧性。不同钢厂、不同规格Q460角钢的试验结果表明,温度越低,厚度对CTOD值影响越大,且厚度的增加会降低钢材韧性,促使钢结构更容易发生脆断。不同批次的Q460角钢,常规力学性能和断裂韧性有较大差别,且角钢的屈服强度对断裂韧性有一定影响,为此,应控制高强角钢屈服强度的上限。     

热震对结构钢锈层裂纹的影响

通过周浸加速腐蚀试验在结构钢表面形成了锈层,用压痕法测定了锈层的断裂韧性,在锈层及锈层/钢基体界面预制压痕裂纹,观测压痕裂纹在温度变化过程中的扩展行为,从而评价了锈层的抗热震性能.结果表明,锈层/钢基体界面的断裂韧性和抗热震能力均优于锈层本身,裂纹更倾向于在锈层中形核和扩展.温度变化可导致锈层中原有裂纹的扩展,但不会使裂纹在锈层中形核.     

温度对焊接热模拟X80管线钢断裂韧性的影响

通过试验和3D有限元模拟相结合的方法分析了焊接热模拟X80管线钢在不同温度（-90,-60,-30和0℃）下的断裂韧度.文中选取标准三点弯曲试样在不同温度下进行断裂韧度测试,同时对测试件进行三维有限元实体建模与分析计算.结果表明,X80管线钢的断裂韧性随温度减低显著减小,并使其倾向于脆性断裂.材料在不同温度下的真实应力-应变曲线行为从光滑拉伸到断裂力学试样具有良好的可传递性,温度对材料的硬化行为没有明显影响,有限元计算的结果表明,应用该方法可以准确地计算X80钢焊接热影响区不同温度下的CTOD值.     

微合金非调质钢的断裂韧性与断裂机理分析

本文测试了两种微合金中碳钢35MnVN和40MnVTi的断裂韧性K_IC值及不同正火处理状态下35MnVN的J_R阻力曲线。对热加工条件及组织参数对K_IC值及J积分值的影响进行了分析。结果表明,采用降低了的始锻温度以及相应低的终锻温度可提高K_IC值。组织状态相似条件下,40MnVTi的断裂韧性值比35MnVN略高些。860～950℃正火处理对改善断裂韧性效果明显,温度过高则无效果。本文还对脆性断裂机制进行了讨论。     

ZG40Cr25Ni20炉管服役后断裂韧性试验分析及断口微观形貌研究（英文）

将断裂力学原理应用到炉管寿命预测中。利用MTS810试验机,对服役3万h的炉管和未服役炉管的断裂韧性进行了试验分析,并利用扫描电镜进行了断口的形貌分析。研究结果表明:服役后炉管的断裂韧性与未服役炉管相比显著下降,抵抗裂纹扩展能力减弱;服役后的炉管断裂面没有裂纹稳态扩展区和宏观塑形变形,对应于断裂韧性的下降,断裂面微观形貌呈典型的脆性断裂特征。     

加载速率对结构钢力学性能和断裂韧度的影响

在常温下进行了常用建筑结构钢(16Mn和Q235B钢)动态拉伸和动态断裂韧度试验。试验结果表明，材料在动载下无论是屈服强度还是抗拉强度均有一定的提高，塑性有了一定的降低；由于缺口尖端区域温度的升高，常温下动载对于16Mn钢母材和焊缝的断裂韧度是有利的；Q235B钢常温下，焊缝的断裂韧度值较低，且动载对母材的断裂韧度影响较大，和静载相比动载下断裂韧度值降低了4倍有余，可以看出，Q235B钢的抗震性能较差。通过研究发现，对于低韧度水平的材料，研究动载下结构的断裂行为时．材料的强度也应该作为一个考虑因素。     

新型转子钢25Cr2Ni4MoV的焊接性及接头性能

根据新型转子25Cr2Ni4MoV成分和合金特点,分别进行HAZ硬度、斜Y坡口裂纹、冷裂纹插销试验等,由试验结果可知,该钢种的冷裂纹敏感性强,焊接时预热温度应大于300℃。对接头常温力学性能和高温短时拉伸测试,结果表明该钢焊后的接头强度接近母材,塑性较好,焊缝的冲击韧性较高,接头微观组织为回火贝氏体和少量铁素体组织,断口由脆性断裂区和纤维断裂区组成,脆性断裂区为沿晶和准解理,随着预热温度的提高,沿晶成分减少,准解理部分增多。     

细化无碳化物贝氏体无缝钢管组织的热处理工艺

研究了不同热处理工艺下无碳化物贝氏体无缝钢管的显微组织和力学性能。结果表明,热轧态无碳化物贝氏体无缝钢管的组织粗大,强度较高,韧性很低。热轧+低温回火后韧性的提高幅度不大,仍然较低。热轧+正火+低温回火可以改善无碳化物贝氏体无缝钢管的韧性,但仍存在部分粗大的组织。热轧后先长时间高温回火(690 ℃×300 min),再正火和低温回火可以细化无碳化物贝氏体无缝钢管的组织,消除组织遗传性,大幅度提高韧性,冲击断裂特征由脆性断裂转变为韧性断裂。     

EFFECT OF CREEP FRACTURE TOUGHNESS ON CRACK INITIATION AND GROWTH

本文研究了蠕变断裂韧性对二种低合金耐热钢蠕变裂纹开裂和扩展的影响。试验表明:随着蠕变断裂韧性提高,抗蠕变裂纹开裂和扩展能力增加。材料呈韧性或脆性状态时,蠕变裂纹萌生和扩展过程不同。韧性状态时,裂纹为穿晶和晶界二种混合形式:穿晶裂纹可在晶内碳化物处发生,或在晶界上形核后向晶内扩展,晶界裂纹仍是由晶界上空洞形成和相互连接而成,裂纹可沿晶界和晶内扩展,但不连续。脆性状态时,裂纹沿晶界发生,它是由晶界形成空洞和相互连接而成,扩展仅沿晶界发生。     

时效工艺对25Cr-20Ni-2.5Al高强耐热钢拉伸和高温压缩性能的影响

通过在25Cr-20Ni耐热钢基体成分中加入质量分数为2.5%Al的方式制备25Cr-20Ni-2.5Al耐热钢,分别采用拉伸和高温压缩试验对其力学性能进行表征分析,研究结果表明:经过36 h时效处理的试样抗拉强度得到明显提升,此时抗拉强度和伸长率分别为803 MPa和27.1%。经过36 h时效处理会减小拉伸断口的韧性,生成部分脆性断裂的痕迹。随时效温度的增加,耐热钢的抗拉强度先增大后减小,伸长率先减小后增大,转折点均出现在时效温度650 ℃,此时抗拉强度和伸长率分别为451 MPa和10.26%。当变形程度增大后,晶粒将达到更大的变形程度,而耐热钢经过热压缩处理后并不会引起晶粒尺寸的明显改变;晶界部位存在析出相,而且当变形量增大后析出相的数量也会略微增加。     

V4Cr4Ti合金和RAFM钢的热等静压扩散连接及其界面特性

低活化铁素体/马氏体(reduced activation ferritic/martensitic,RAFM)钢及钒合金被认为是未来核聚变反应堆第一壁的候选结构材料,性能各有优劣,可满足近中期应用要求. 采用热等静压技术在温度800 ℃、等静压压强150 MPa和保温时间2 h下实现V4Cr4Ti合金和CLF-1钢的固态扩散连接,对其界面微观组织、元素扩散特征以及抗剪强度进行了分析. 结果表明,CLF-1钢在距离连接界面120 μm区域内出现脱碳层,而V4Cr4Ti合金侧存在宽度约1.5 μm的高硬脆碳化物层;V4Cr4Ti合金/CLF-1钢连接界面无缺陷,接头室温抗剪强度最高达238 MPa. 断口分析表明,断裂发生于靠近V4Cr4Ti合金侧的高硬脆碳化物层,断口表现出整体韧性,局部脆性断裂的特征.     

Ti对9Cr-3Si-Al铁素体耐热钢微观组织及力学性能的影响

研究了Ti元素对9Cr-3Si-Al系铁素体耐热钢显微组织以及力学性能的影响。研究发现试验钢锻态试样晶粒内分布着大量的碳化物颗粒且细小均匀,经固溶处理后部分碳化物颗粒溶入试样基体。结合XRD以及EDS能谱分析试样表面的碳化物颗粒主要为Ti(C,N)的MX相,而晶界上检测到少量的Cr₂₃C₆相。经600 ℃时效后试样的抗拉强度、屈服强度均明显高于固溶态试样。通过对室温以及650 ℃高温断口形貌观察,发现室温下的断口为脆性断口,呈河流花样状,周围有少量微孔,为准解理断裂;而高温下断口呈微孔聚集型特征,韧窝密度较大,韧性较好。     

HRB400热轧带肋钢筋脆断原因分析及改进

通过对HRB400热轧带肋钢筋脆断的断口进行化学原位、电镜扫描以及金相组织的检验分析,结果表明：钢筋存在严重的C、P偏析,再加上冬季生产时的轧后冷却速度较快,使钢筋出现大量强度高、塑性低的上贝氏体组织;钢筋局部区域存在的微小裂纹,在受弯的情况下,裂纹处形成应力集中,裂纹会快速扩展;钢筋反复弯曲加工后,降低了钢筋的韧性。这些因素综合作用使得钢筋发生脆断。在此基础上,对钢筋脆断的问题提出了相应的改进措施,HRB400钢筋产品的质量得到了提高,用户使用中基本没有发生脆断的现象。     

HRB400热轧带肋钢筋脆断原因分析及改进

通过对HRB400热轧带肋钢筋脆断的断口进行化学原位、电镜扫描以及金相组织的检验分析，结果表明：钢筋存在严重的C、P偏析，再加上冬季生产时的轧后冷却速度较快，使钢筋出现大量强度高、塑性低的上贝氏体组织；钢筋局部区域存在的微小裂纹，在受弯的情况下，裂纹处形成应力集中，裂纹会快速扩展；钢筋反复弯曲加工后，降低了钢筋的韧性。这些因素综合作用使得钢筋发生脆断。在此基础上，对钢筋脆断的问题提出了相应的改进措施，HRB400钢筋产品的质量得到了提高，用户使用中基本没有发生脆断的现象。     

Tailoring Variant Pairing to Enhance Impact Toughness in High-Strength Low-Alloy Steels via Trace Carbon Addition

Alloying can make conventional metals reach ultra-high strength, but this usually comes at dramatic loss of toughness. In this work, a desirable strength–toughness combination in high-strength low-alloy steel achieved via trace carbon addition. The significance of carbon in tailoring variant pairing and tuning impact toughness was elucidated from the perspective of crystallography and thermodynamics. As the carbon content increases, the packets and blocks are refined, and the-40 impact toughness improves. The enhancement of impact toughness results from the higher density of block boundaries, and the fracture mode shifts from brittle fracture to ductile–brittle combined fractures, then to ductile fracture due to the increased carbon. Increasing the carbon content would lower the martensite start temperature(M_S) temperature and driving force for martensitic transformation, and increase the strength of austenite matrix, which in turn contributes to producing more V1/V2 variant pairs to accommodate the transformation strain.