不同应力比和腐蚀环境条件下X80钢疲劳裂纹扩展速率研究

在空气和不同浓度H₂S环境中对X80管线钢进行了应力比为0.1和0.3的低频腐蚀疲劳试验,以获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子幅值ΔK之间的Paris表达式,研究X80钢在不同条件下的疲劳裂纹扩展速率。结果表明：腐蚀环境能加速X80钢的裂纹扩展,当H₂S浓度为100 mg/L时,含H₂S环境中裂纹扩展速率是空气中的2.9倍;随着H₂S浓度的增大,裂纹扩展速率呈指数增大;随着应力比的增大,平均应力增大,裂纹闭合效应减小,裂纹尖端完全张开,材料与腐蚀介质接触面积增大,导致裂纹扩展速率增大。     

S690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为拘束效应

S690高强钢由于其良好的综合力学性能广泛用于海洋平台中. 海洋平台结构易产生腐蚀疲劳失效,海水腐蚀、循环载荷和结构本身的拘束水平对裂纹扩展有重要的影响. 通过空气中和海水环境中的S690高强钢疲劳裂纹扩展试验,结合显微断口分析,研究了拘束水平对S690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响. 结果表明,在阳极溶解和氢致开裂的共同作用下,海水环境对S690高强钢疲劳裂纹扩展具有明显的加速作用. 同时随着裂纹的不断扩展,拘束水平对S690高强钢腐蚀疲劳裂纹的影响不断增加,且裂纹扩展速率与裂纹扩展前后的拘束水平增量和结构本身的拘束水平均密切相关.     

考虑应力比和门槛值的海水腐蚀疲劳裂纹扩展预测模型

采用自行改造的海水腐蚀疲劳试验机,研究了3 Hz频率、不同应力比R (0.1、0.3、0.5)下,海洋工程用结构钢DH36Z35在空气和人造海水中疲劳裂纹扩展动力学行为。结果表明:相同裂纹尖端应力场强度因子幅值ΔK下,空气和海水环境中都显示疲劳裂纹扩展速率随着应力比R的增加而增加的规律,在近门槛值区间1×10-7mm/cycle≤da/d N≤1×10^-6mm/cycle该现象尤其明显;在疲劳裂纹扩展速率da/d N>1×10-6mm/cycle的中速区间,空气中和海水中疲劳裂纹扩展速率出现拐点,高于该拐点海水加速裂纹扩展,低于该拐点海水抑制裂纹扩展,且应力比R越大,拐点对应裂纹扩展速率越高。依据空气和海水中不同应力比和门槛值条件下疲劳裂纹扩展速率实验结果,提出了一种修正的Walker模型,可通过空气中疲劳裂纹扩展速率预测不同应力比下海水环境中疲劳裂纹扩展速率。     

海洋工程装备材料E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展实验研究

以海洋工程装备材料E690高强钢为研究对象,进行了不同环境下腐蚀疲劳裂纹扩展试验,利用扫描电镜观察了断口的形貌特征,并根据实验结果计算了该钢腐蚀环境中的裂纹扩展参数,分析了腐蚀因素对疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:空气及盐水中的材料裂纹扩展速率随应力强度因子范围的增加而不断增大。在裂纹扩展的初始阶段,盐水环境中裂纹扩展速率是空气中的3倍;而在其裂纹扩展的中后期,盐水环境与空气环境中的裂纹扩展速率相近。     

304L不锈钢在高温高压水中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

基于直流电压降方法(direct current potential drop,DCPD)测量得到了304L不锈钢在325℃空气和含氧超纯水中的疲劳裂纹扩展速率;采用FORD-ANDRESEN模型、Bechtel Bettis模型和PSI模型进行结果分析比较;用扫描电镜观察了断口形貌。结果表明:低频低载荷下,腐蚀对疲劳的加速作用高达1 000倍,高频高载荷下则只有1.5倍;FORD-ANDRESEN模型对于解释腐蚀疲劳机理和预测腐蚀疲劳裂纹扩展速率更加合理与准确,Bechtel Bettis模型和PSI模型可以对试验结果进行比较,但无法给出各种因素对裂纹扩展的影响;疲劳断口形貌观察到明显的疲劳辉纹,疲劳破坏形式为穿晶断裂。     

核电汽轮机转子腐蚀疲劳裂纹的扩展行为

采用直流电压降(DCPD)法测量了核电汽轮机转子材料在157℃除氧超纯水和含0.1%(质量分数)NaCl超纯水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。采用Priddle模型对试验结果进行拟合,得到材料在不同腐蚀环境中的门槛应力强度因子幅值ΔKth和断裂强度Kc。结果表明:氯离子对核电汽轮机转子材料疲劳裂纹扩展有明显加速作用,可用阳极溶解-膜破裂理论解释;DCPD测得的裂纹长度与断口实际裂纹长度吻合较好,表明试验结果是准确的。     

氢对Ti-4Al-2V疲劳裂纹扩展速率的影响

采用CT试样对4种含氢量不同的Ti-4Al-2V钛合金的室温疲劳裂纹扩展速率进行了实验测定，并对断裂以后的试样进行了断口观察。实验结果表明：含氢的Ti-4Al-2V材料的稳态裂纹扩展行为符合Paris幂律关系，氢对裂纹稳态扩展区和失稳扩展区的da／dN基本没有影响，但对近门槛扩展行为有明显影响；与自然含氢量的材料相比，高含氢量的材料疲劳裂纹在近门槛扩展区的速率明显较低。     

塑性区对Inconel 690合金腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响

通过在室温空气及325 ℃饱和氧高纯水中进行疲劳裂纹扩展试验,研究单向塑性区长度rp对Inconel 690合金疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明,同一频率下,随着rp的增加,裂纹扩展速率CGR加快,但环境影响因子Fen未发生明显变化;裂纹为穿晶型扩展,扩展过程中伴随着少量分支,载荷的变化对支裂纹数量没有明显的影响;断口为典型的腐蚀疲劳特征,裂纹扩展形成韧性断裂特征的山脊区和脆性疲劳断裂的疲劳平台。     

焊接对X65钢腐蚀疲劳裂纹扩展影响的试验研究

对于深海油气输送结构,焊接产生的初始预应力会对其腐蚀疲劳性能产生影响。针对深海油气输送常用材料X65钢开展腐蚀疲劳裂纹扩展试验。分别从焊接热影响区和母材上制备了标准紧凑拉伸(CT)试样,利用直流电压降(DCPD)方法测量了疲劳裂纹扩展长度,对焊接试件的腐蚀疲劳性能进行了研究,并拟合出了两种试件在不同试验环境下的Paris常数C和m。试验结果表明:在0.2 Hz的加载频率下,腐蚀溶液可明显加快裂纹扩展速率,并使裂纹扩展阈值分别提高16.25%和13.75%。焊接试件在空气环境下拟合的C值和m值均要略高于母材试件,在腐蚀环境下其C值和m值要略低于母材试件。     

加载波形对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

对标准单边缺口三点弯曲试样分别施加三角波、正弦波、方波3种波形,得到了不同波形作用下的腐蚀疲劳裂纹扩展曲线,研究了在不同电位条件下加载波形对海水中D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率(da/d N)的影响。结果表明:无阴极保护时,三角波和正弦波作用下试样的疲劳裂纹扩展速率相当,并小于方波作用下的疲劳裂纹扩展速率,且方波的加速作用体现在低应力强度因子幅度时;在阴极保护条件下,这种现象更为明显;而在阳极极化条件下,方波对试件的疲劳裂纹扩展的加速作用减弱。     

2205双相不锈钢在水溶液中的疲劳裂纹扩展行为

对2205双相不锈钢(DSS)在空气、去离子水和3.5%(质量分数)NaCl溶液中进行疲劳裂纹扩展实验,结果表明,水溶液环境可显著提高2205 DSS疲劳裂纹扩展速率,降低其疲劳寿命,疲劳裂纹扩展速率顺序为:(da/dN)_(deionized water)(da/dN)_(NaCl)(da/dN)_(atmosphere),疲劳裂纹扩展寿命顺序为:N_(atmosphere)N_(NaCl)N_(deionized water)。断口观察表明,氢致开裂是双相不锈钢材料在水溶液介质中疲劳性能弱化的主要原因。与去离子水相比,Cl~-具有更强的腐蚀作用,在主裂纹前端可诱发更多的缺陷并发展成二次裂纹,使有效裂纹长度更长,裂纹扩展的驱动力更小。     

在各种负载与环境的条件下压力容器钢的疲劳裂纹扩展速率

<正> 在模拟压水堆环境中,对SA508 3级压力容器钢进行了腐蚀疲劳试验。试验研究的变量有空气和压水堆环境,频率变化在1～10Hz 范围,纵、横裂纹扩展方向,温度为20℃和50℃,以及R 比值为0. 2与0. 7。发现在压水堆环境中,降低试验频率,增加疲劳裂纹扩展速率,压水堆环境试验会促使裂纹扩展(与空气试验比较)。对纵向裂纹扩展来说,疲劳裂纹扩展速率是较主要的,稍微增加温度会显著加快疲劳裂纹扩展速率,个别的空气试验指出疲劳裂纹扩展速率比ASME 标准预测的大。断口组织的迹象指出疲劳裂纹扩展速率是由氢脆机理     

海洋用结构钢在NaCl溶液中疲劳短裂纹的扩展

本文用海洋平台结构钢A537CL1的单边裂纹样品,在空气和3.5％ NaCl水溶液中进行了腐蚀疲劳短裂纹扩展实验,比较不同裂纹长度及环境介质对疲劳短裂纹扩展行为的影响。结果表明,在门槛值附近,对于相同的应力强度因子范围,短裂纹扩展速率比长裂纹扩展快。短裂纹扩展的门槛值随裂纹长度的减小而减小。与空气介质相比较,盐水对疲劳短裂纹扩展加速的程度远大于长裂纹。     

应力比对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

采用三点弯曲实验研究应力比R对处于不同环境下的D36钢稳定裂纹扩展区疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明,空气中应力比对pairs区的疲劳裂纹扩展速率影响不大,然而海水环境中,在中等△K值范围内,应力比对裂纹扩展速率影响较空气中明显,且其裂纹扩展速率随着应力比的增加而增大.这种现象产生的原因是氢脆作用随着应力比的增大显著增强.通过三电极体系在f=1 Hz,R=0.1条件下分别对试件施加-400,-600,-800,-1000和-1200 mV的电极电位.结果表明,强阴极极化 (-1200 mV) 和阳极极化 (-400 mV) 在一定△K范围内会加速裂纹扩展,综合得出该条件下腐蚀疲劳的阴极保护电位为-800 mV.而应力比为0.3和0.5时施加-800 mV的电极电位对材料的保护作用减弱.     

690合金腐蚀疲劳裂纹扩展研究

基于DCPD方法测量了690合金在室温空气、325℃空气和325℃除氧超纯水中的疲劳裂纹扩展速率。试验结果采用Priddle模型进行拟合分析,得到690合金在3种条件下疲劳裂纹扩展的门槛应力强度因子幅值ΔK_(th)和失稳断裂应力强度因子Kc。结果表明,高温水环境下,疲劳裂纹萌生和扩展加快,这可以用滑移-溶解机理解释;高温下,材料强度下降,ΔK_(th)和Kc也下降,高温加速了材料的疲劳断裂。SEM断口形貌表明,空气中的疲劳断口观察到明显的滑移台阶,疲劳破坏形式为穿晶断裂;高温水下的疲劳断口则同时出现穿晶和沿晶开裂,为混合型断口特征。     

极化电位下高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展的表征

研究了不同极化电位下高强钢在3.5%NaCl溶液中疲劳裂纹扩展速率的变化规律.在强阴极极化(-1100 mV～-1200 mV)和阳极极化(-200 mV～-400 mV)条件下,高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展寿命明显缩短,而极化电位为-800 mV～-1000 mV时,高强钢腐蚀疲劳寿命延长.在Paris经验公式的基础上,引...     

应力比对E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展影响的试验研究

因E690高强钢具有耐腐蚀、强度高等特点,被广泛使用在海洋工程装备中,而腐蚀疲劳是其主要的失效形式,其中应力比对裂纹扩展的影响不可忽视。选取应力比R为0.1、0.3和0.5,在空气和腐蚀环境中对E690高强钢进行疲劳裂纹扩展试验。通过对各个条件下的试验数据进行处理,得到相应的da/d N-ΔK曲线。利用Paris、Walker两种不同的模型分析了应力比对裂纹扩展速率的影响。结果表明:E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率随着应力比的增大而变大;裂纹扩展门槛值K_(th)随着应力比的增大而减小;Paris模型的拟合效果较好,Walker模型的失真会随应力比的增大而加剧。     

加载波形对X65钢腐蚀疲劳裂纹萌生及扩展的影响

采用疲劳实验研究了不同加载波形下X65钢在空气和海水中的疲劳行为。结合SEM结果,对疲劳断口和次生裂纹进行了观察。结果表明,在空气和海水中,正锯齿波加载下X65钢的疲劳寿命最大,三角波次之,正弦波最短。与在空气中相比,X65钢在海水中的疲劳寿命显著降低。正弦波与三角波加载时应力上升时间较短,有利于位错开动,加快裂纹萌生。其中正弦波在σ_max的保载时间最长,有利于位错滑移形成,疲劳裂纹扩展速度最快。在海水环境中,Cl^-促进了X65钢表面点蚀萌生,成为腐蚀疲劳裂纹源。当裂纹形成后,电解质进入裂纹间隙,在交变应力作用下裂纹反复张开与闭合,导致裂纹快速扩展。在海水中,当加载波形为正锯齿波时,X65钢的腐蚀疲劳裂纹的扩展机制为阳极溶解,而当加载波形为正弦波和三角波时,X65钢的腐蚀疲劳的扩展机制均为氢脆+阳极溶解混合机制,其中加载正弦波时腐蚀疲劳开裂敏感性最大。     

不同温度时效后17-4PH不锈钢的高周腐蚀疲劳性能

对17-4PH不锈钢进行固溶+稳定化+时效处理,分析了568 ℃和605 ℃两种温度时效后17-4PH不锈钢的显微组织、硬度、裂纹扩展速率、腐蚀疲劳断口以及疲劳极限。结果表明:时效温度为568 ℃的17-4PH不锈钢疲劳极限相对于605 ℃时效温度的疲劳极限明显提高,其疲劳裂纹扩展门槛值高于605 ℃的,疲劳扩展速率明显低于605 ℃的。两种温度时效后钢的疲劳断口均属于解理断裂。     

3.5%NaCl溶液对铝合金疲劳裂纹扩展特性的影响

对高强铝合金7050—T7451在模拟海水(3.5%NaCl溶液)的疲劳裂纹扩展特性进行了试验研究结果表明,3.5%NaCl溶液加速了7050—T7451铝合金的疲劳裂纹扩展速率da/dN.考虑应力比影响的有效应力强度因子面ΔKefT可以满意地表征不同环境中的的da/dN.裂纹面上的腐蚀产物较薄,对疲劳裂纹闭合的影响可以忽略不计.