高强度钢材钢结构研究进展综述

为研究高强度结构钢的疲劳性能,对Q460C、Q550D、Q690D和Q960D四种国产高强钢母材进行了疲劳裂纹扩展速率试验。每种钢材均取3个10 mm厚的C(T)紧凑拉伸试样,在应力比R=0.1的条件下施加恒幅疲劳荷载,利用显微镜目测记录每个试样的裂纹扩展长度a和对应的循环次数N。对每个试样的试验结果,分别采用七点递增多项式法、Smith法和割线法进行处理,计算裂纹扩展速率和应力强度因子幅值数据组,得到对应于Paris公式中的参数,比较不同方法拟合结果的优劣性并分析原因。再将同种钢材三个试样的数据合成一组,同样采用三种方法计算,并与单试样数据的结果作对比。最后给出了四种钢材Pairs公式中的疲劳裂纹扩展速率参数,并与其他文献中各种结构钢疲劳裂纹扩展速率的参数值进行对比评价。研究表明该文高强度结构钢的疲劳裂纹扩展速率会随着强度的提高而降低,并且这四种高强钢的疲劳裂纹扩展速率都比BS7910中针对普通强度结构钢推荐的疲劳裂纹扩展速率要低。     

轴承钢疲劳裂纹扩展速率的研究

研究了轴承钢碳化物及晶粒细化对轴承钢疲劳寿命的影响。结果表明;细化轴承钢中的碳化物可以使其疲劳裂纹扩展速率下降,而同时细化轴承钢中的碳化物和晶粒,会使其疲劳裂纹扩展速率下降更明显。     

几种高强度钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为的研究

本文研究了ＧＣ－４，３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ和３００Ｍ超高强钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。考虑了环境，热处理制度，应力比和频率对裂纹扩展的影响。研究结果表明：腐蚀环境和热处理制度对疲劳裂纹扩展有显著影响。在侵蚀性环境中随频率降低，裂纹扩展大幅度上升，随应力比提高，环境影响加剧。利用扫描电镜对试样断口形貌进行了分析，并讨论了高强钢的腐蚀疲劳机理。     

金属材料疲劳小裂纹扩展速率试验方法编制说明

概述了疲劳小裂纹试验方法航标的编制背景,论述了航标中几个主要技术问题,如,小裂纹试样和小裂纹监测方法的选择,三维应力强度因子K的确定,小裂纹数据有效性的判据及物理小裂纹门槛值,并且与ASTME647－9a方法中附录X3进行了比较。     

高压容器用钢疲劳裂纹扩展速率研究

研究了高压容器用Cr Ni Mo钢在空气中与3.5%Na Cl溶液介质中的疲劳裂纹扩展,结果表明,3.5%Na Cl溶液介质的存在加速了Cr Ni Mo钢的裂纹扩展,随着裂纹的进一步扩展,其加速作用越来越不明显。     

低合金高强度钢疲劳裂纹扩展速率和扩展寿命的断口反推估算

通过对疲劳失效件的断口扫描电镜分析和二次复型电镜分析,对等幅载荷的疲劳试验零件的疲劳裂纹扩展速率及扩展寿命进行了估算。估算结果表明,从微观角度获得的数据与宏观分析结果符合得很好,从而认为在等幅载荷的情况下,把疲劳裂纹扩展条带对疲劳裂纹扩展寿命进行估算用于低合金超高强度钢是可行的。     

金属材料疲劳裂纹扩展速率不同模型应用分析

金属材料疲劳裂纹扩展速率是对金属材料及其零构件含有裂纹体后安全服役评价及疲劳寿命评估的一项重要力学性能指标。基于金属材料疲劳裂纹扩展过程的不同阶段、闭合效应、应力比对疲劳裂纹扩展速率的影响等多个方面,对几种常见金属材料疲劳裂纹扩展速率模型的应用特点进行了对比分析,为安全设计及寿命评估时不同模型的选择应用提供参考。     

疲劳裂纹扩展速率试验中裂纹曲率修正方法研究

针对目前疲劳裂纹扩展速率试验标准中仅提出裂纹长度需进行曲率修正但未给出具体修正方法及步骤的问题,作者推荐了线性插值法和等比例法两种裂纹曲率修正方法,并通过分析两种方法的修正原理,结合试验结果,将两种曲率修正方法进行对比。结果表明,在双对数坐标系上,修正后的da/dN-ΔK曲线向低ΔK方向偏移,最大偏移量约15%,在利用da/dN-ΔK曲线进行选材对比或疲劳寿命评估时,修正后的曲线与未修正的曲线相比是偏安全的。基于两种方法修正后的da/dN-ΔK曲线之间差异较小,最大相差约2%,两种方法均可作为疲劳裂纹扩展速率试验中裂纹长度的曲率修正方法。     

TA5钛合金的疲劳裂纹扩展门槛值与疲劳裂纹扩展速率的关系

研究了大规格ＴＡ５钛合金热轧环村的疲劳裂纹扩展门槛值ΔＫ＿（ｔｈ）与疲劳裂纹扩展速率加ｄａ／ｄＮ之间的关系。结果表明，Δｋ＿（ｔｈ）值可由近门槛区的ｄａ／ｄＮ表达式直接按定义ｄａ／ｄＮ值算，而无需进行繁琐的试验测定。这一结果同样适用于β区加热热轧ＴＡ５钛合金板材。     

轴取钢疲劳裂纹扩展速度的研究

研究了轴承钢碳化物及晶粒细化对轴承钢疲劳寿命的影响，结果表明：细化轴承钢中的碳化物可以使其疲劳裂纹扩展速率下降，而同时细化轴承钢中的碳化物和晶粒，会使其疲劳裂纹扩展速率下降更明显。     

Q550D高强钢焊接节点疲劳强度试验研究

试验研究了国产Q550D高强度结构钢、焊缝的基本力学性能以及横向对接焊缝和非承载横向角焊缝连接件的疲劳性能。介绍了试件的加工方法、焊接工艺、疲劳试验及其数据处理方法,将疲劳试验结果与国内外钢结构设计规范以及他人的研究结果进行了分析对比。研究表明：Q550D高强钢母材及其焊缝具有优良的延伸率和低温冲击韧性,余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的疲劳强度都分别显著地高于国内外钢结构设计规范关于普通强度钢材相应焊接节点的疲劳强度,200万次疲劳强度分别提高了72%~125%和27%~68%。钢板对接焊缝的余高磨平可改善因焊缝的几何形状和缺陷引起的应力集中程度,比原状焊缝具有好的疲劳性能。无论余高磨平或未磨平的钢板对接焊缝,还是横向角焊缝连接件,它们都具有随高强钢屈服强度的增加而疲劳强度提高的趋势。分别提出了Q550高强钢钢余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的S-N曲线,可供抗疲劳设计参考。     

THE EFFECT OF CATHODIC PROTECTION POTENTIAL ON CORROSION FATIGUE CRACK GROWTH RATE OF AN OFFSHORE STRUCTURAL STEEL

Abstract— Duplicate tests have been performed to determine the effect of cathodic protection potential on corrosion fatigue crack growth rate of a modern offshore structural steel, produced by thermo-mechanically controlled processes. The experiments were carried out using compact tension specimens exposed to artificial seawater at 10°C and subjected to constant amplitude loading at 0.35 Hz. Reproducible results showed that the merits of cathodic protection potentials are strongly dependent on stress intensity ratio R and stress intensity range Δ K . It appears that a specific value of cathodic potential may not give comprehensive protection against corrosion fatigue within the spectrum of variable amplitude loading experienced in service. Fractography showed the initiation of secondary cracks on the fracture surface to be associated with the dissolution of calcium sulphide inclusions, regardless of imposed cathodic potential.     

FATIGUE CRACK INITIATION LIFE PREDICTION IN HIGH STRENGTH STRUCTURAL STEEL WELDED JOINTS

The local approach method is used to calculate the fatigue crack initiation/early crack growth lives (N_i) in high strength structural steel weldments. Weld-toe geometries, welding residual stresses and HAZ (heat affected zone) cyclic mechanical properties are taken into account in the N_i estimation procedure. Fatigue crack initiation lives are calculated from either a Basquin type or a Manson-Collin type equation. The local (HAZ) stress and strain amplitudes and the local mean stress are determined from an analysis based on the Neuber rule and the Molski-Glinka energy approach. The accuracy of the different methods is evaluated and discussed. Finally the previous methods are used with HAZ cyclic mechanical properties estimated from hardness measurements.     

桥梁高性能钢HPS485W疲劳裂纹扩展速率试验研究

以国产桥梁用高性能钢HPS485W为研究对象,对7.5mm、12.5mm和19.5mm的HPS485W紧凑拉伸试样分别在应力比R=0.1、R=0.5和R=0.8的疲劳荷载下进行疲劳裂纹扩展速率(da/dN)试验,采用七点递增多项式的方法进行局部拟合求得试样的疲劳裂纹扩展速率。与传统桥梁用钢14MnNb相比,该文试验测得高性能钢HPS485W具有更优越的忍受疲劳裂纹扩展能力。试验结果表明：试样厚度是影响疲劳裂纹扩展速率的关键因素;对同一厚度的试样,疲劳裂纹扩展速率随着应力比R的增大而增大。此外,对19.5mm试样在荷载比R=0.1的情况下,进行工程门槛值的试验测定和理论门槛值的数值求解,分析求得19.5mm的HPS485W的理论门槛值为7.22MPa·m^1/2。该文试验得到的HPS485W疲劳裂纹扩展曲线,可用于高性能钢桥的抗疲劳、防断裂设计与寿命预测。     

Q235钢墙板-Q460高强钢立柱结构体系残余应力分布试验研究

在箱式钢结构中起主要承载作用的侧面墙板-立柱结构体系中,受墙板蒙皮支撑作用的高强钢立柱,其残余应力分布受与墙板焊接连接过程影响,与独立工作焊接H形截面构件有较大差异。为研究Q235钢墙板—Q460高强钢立柱结构体系的残余应力分布规律,采用盲孔法对6个结构体系试件和2个独立Q460高强钢焊接H形截面试件进行了试验研究。基于测量数据,得到了所有试件的全截面残余应力分布,分析了墙板与立柱焊接连接、截面尺寸等因素对残余应力分布的影响,并研究了截面各板件间残余应力的相互影响及自平衡性。结果表明：立柱与墙板的焊接在一定程度上降低了立柱后翼缘中部的最大残余拉应力,减小了后翼缘残余压应力的分布范围,对前翼缘和腹板无明显影响;残余拉应力幅值与截面尺寸无直接关系,残余压应力随着板件宽厚比的增大而减小;各板件间残余应力存在相互影响作用,前翼缘、腹板以及后翼缘与墙板组合板件这3部分分别满足自平衡。提出了适用于Q235钢墙板—Q460高强钢立柱结构体系的较为准确和安全的残余应力分布数学模型,为后续研究受墙板蒙皮支撑的高强钢立柱稳定性奠定基础。     

高强度钢动态冲击疲劳性能的研究与应用

对高强度钢ＨＱ－６０和ＨＱ－８０的动态冲击疲劳性能作了全面的试验研究，测定了两种材料的冲击疲劳性能曲线，即能量－寿命曲和和冲击疲劳下的裂纹扩展速度ｄａ／ｄＮ，以及动态断裂韧性ＫⅠｄ等。结合１５４ｔ电动轮自卸车的车架强度和寿命校核，提出了一种新的应用模型，为受冲击疲劳型载荷的零部件找到了一种实用的校核计算方法，具有普遍的推广应用价值。     

EFFECT OF ELECTRON BEAM WELDING ON FATIGUE CRACK GROWTH RATE IN AISI 4130 STEEL

Abstract— The purpose of this study is to investigate the effect of electron beam welding parameters on fatigue crack growth rate in AISI 4130 steel. The welding method was carried out by using nonoscillation and oscillation electron beam patterns. In nonoscillation welding, the welding speed, was varied; in oscillation welding just the oscillation pattern and the oscillation frequency were varied. After welding, X-ray inspection, metallography, fatigue crack growth tests and scanning electron microscopy were employed to characterize these specimens. From the results, the weld centerline solidification structure transforms from a longitudinal raft structure to an interlocked structure with increasing welding speed, and the fatigue crack growth rate increases slightly. The transverse oscillation pattern provides a lower fatigue crack growth rate than the longitudinal oscillation pattern. The higher oscillation frequency gives a lower fatigue crack growth resistence for the longitudinal oscillation pattern, but the opposite is the case for the transverse oscillation pattern.     

低温环境下桥梁钢Q345qD疲劳裂纹扩展行为研究

为了明确在寒冷地区服役桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为,以16 mm厚桥梁钢Q345qD为研究对象,完成了室温和低温下的夏比冲击韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值试验。结果表明,夏比冲击功和试样断口剪切断面率随温度的降低而减少;在应力比0.1、0.2和0.5条件下,疲劳裂纹扩展速率均随温度降低而变缓,该桥梁钢的疲劳韧-脆转变温度点在-60℃以下;在室温~-60℃,其裂纹扩展速率均对应力比的变化不敏感;应力比0.1条件下的疲劳裂纹扩展门槛值随温度的降低有略微增大的趋势。该批次桥梁钢表现出了良好的抵抗低温疲劳裂纹扩展性能,防止低温脆性破坏成为疲劳设计的重点;试验数据能为钢结构桥梁的进一步抗低温疲劳和防低温冷脆断裂设计提供参考。     

高强度耐火钢高温冷却后力学性能试验研究EI北大核心CSCD

该文对国产Q460FR、Q420FR、Q345FR等高强度耐火钢进行了200℃~800℃高温过火、自然冷却后的拉伸试验,在获得高强度耐火钢高温冷却后的应力-应变关系曲线和力学性能参数,并与普通结构钢的高温冷却后力学参数进行对比后,给出了屈服强度和抗拉强度变化系数拟合公式。研究表明:国产高强度耐火钢在高温冷却后的屈服强度和抗拉强度均得到提高,弹性模量基本稳定。该文研究的结果可以用来评估耐火钢结构火灾后的承载性能。